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ENRIQUE BORRAS BRUCART Dr. Ingeniero Industrial
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GAS NATURAL
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Características, distribución y aplicaciones industriales
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editores técnicos asociados, s. a. Maignón, 26 - 08024 Barcelona • España
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ÍNDICE DE MATERIAS XI
Prólogo
1
Capítulo primero. — PROPIEDADES
© EDITORES TÉCNICOS ASOCIADOS, S. A.-Barcelona, 1987
1.2. 1.3.
Características del gas natural distribuido en España
1.4.
Sistemas y unidades de medida 1.4.1.
ISBN 84-7146-241-9
Medición de volumen . . .
4^ 7
9^
....
10
1.42. Medición de presión 1.4.3.
Depósito legal: B. 30.053-1987
1-
Generalidades " Reservas y consumos .«
1.1.
12 13
Medición de calor
1.4.4. Medición de potencia calorífica 1.4.5. Medición de densidad y peso específico .
.
14 \ 15-»
1.4.6. Constantes y factores usuales de conversión .
16 17 17 18 19 19
1.5. Características de combustión de los gases . 1.5.1.
Aire teórico
1.5.2. Poder fumígeno
#- #
1.5.3. Exceso de aire. Coeficiente de suministro .
\5A. Temperatura teórica de combustión • .
.
.
1.5.5. Temperatura de ignición 1.5.6. Límites de inflamabilidad 1.5.7. Velocidad de deflagración
1.5.8. Velocidad crítica de retorno de llama 1.5.9. Velocidad de desprendimiento de llama
....
1.5.10. Intercambiabilidad de gases
1.5.11. Diagrama de combustión . 15.12. Rendimiento de combustión 1.5.13. Rendimiento propio del homo
•
1.5.14. Diagrama del contenido de calor de los productos de combustión
•
Impreso en España
Capítulo II.-CONSIDERACIONES SOBRE EL EMPLEO DE GAS NATURAL
Printed in Spain
2.1. Aspecto global de la utilización del gas natural* • • • 2.2. Ventajas del gas natural .^
31 35
35^; 40^
2.3. El problema de coste del combustible . . . • • • •
42 "
2.4. Consumo específico de gas en procesos industriales.,
43 44 45 48
2.4.1. Aplicación de técnicas modernas 2.4.2. Incremento de la transmisión de calor .
Élite Gráfic-Av. Severo Ochoa. 3-Hospilalet de Llobrepat
19 19 21 21 21 25 29 30
.
2.4.3. Prevención y recuperación de calores perdidos 2.4.4. Procesos y hornos especialmente concebidos para em pleo de gas
51
>fesss
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Vil I
y.
ÍNDICE DE MATERIAS
ÍNDICE DE MATERIAS
Capítulo III. —DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
55
3.1. Distribución de gas natural 3.2. Estaciones receptoras 3.3. Equipos de aparatos y valvulería 3.3.1. Filtros 3.3.2. Válvulas de cierre
55 / 58"^ 62
1
IX
45. Clasificación de los quemadores
j32
4.6. Tipos de quemadores 4.6.1. Quemadores de mezcla previa
,3g 135
4.6.1.1. Quemador de mezcla previa por inducción at mosférica
13-7
,
62 53
lí'l'l' 2Uema(?°r de mezcIa Previa por aire inductor.' 140 *.o.i j. Quemador de mezcla previa en máquinas mez
3.3.4. Reductores. Reguladores de presión . . . . . . 3.3.5. Cambiador de calor
68 78
4.6.1.4. Quemadores de llamas libres alimentados en
3.3.6. Contadores
78
4.6.1.5. Quemadores de premezcla con combustión en
3.3.3. Válvulas de seguridad
] ]
66'
3.3.7. Registradores de presión y temperatura . . . . 3.4. Normas de instalación de Estaciones receptoras . . . .
84. 85
3.4.1. Situación de la Estación 3.4.2. Modo de instalación 3.4.3. Seguridad respecto a instalaciones eléctricas . . . 3.4.4. Precauciones diversas 3.5. Red interior de tuberías 3.5.1. Determinación del trazado 3.52. Condiciones relativas a ciertos recorridos . . . . 35.2.1. Canalizaciones enterradas 3.5.2.2. Canalizaciones en cajas y galerías técnicas. . 3.5.2.3. Canalizaciones en cajetines
85 86 78 8991 92 93 94 95 96
3.5.2.4. Canalizaciones empotradas 3.5.2.5. Canalizaciones de descarga eventuales . . . 35.2.6. Situación de la válvula de aislamiento . . .
i 3.5.3. Características de las tuberías
96 96 96
97
! 3.5.4. Determinación del diámetro de las tuberías . . .
100
3.5.4.1. Generalidades
100
3.5.4.2. Número de Reynolds 3.5.4.3. Pérdida de carga lineal
103 104
3.5.4.4. Pérdida de carga sobre un tramo de longitud L 3.5.4.5. Fórmulas y gráficos de baja y alta presión .
105 106
3.5.4.7. Método de cálculo
H6
3.5.4.6. Pérdidas de carga singulares
3.6. Comprobación, ensayos, puesta en servicio y paro de la ex plotación 3.6.1. Ensayo 3.6.2. Ensayo 3.6.3. Control 3.6.4. Ensayo
de resistencia mecánica de estanquidad radiográfico de las soldaduras de funcionamiento
3.6.5. Trámites necesarios para la puesta en marcha .
.
.
Capítulo IV. — QUEMADORES INDUSTRIALES
114
jj9 119 120 121 121
122 125
4.1. Definición y funciones de un quemador
125
4.2. Características de la llama y de los productos de combustión 4.3. Volumen de la cámara de combustión 4.4. Definiciones comunes a todos los quemadores de gas . .
126 129 130
cladoras
J42
premezcla
contacto con un refractario
4.6.2. Quemadores sin mezcla previa 4.7. Quemadores especiales
4.7.1. Quemadores monobloc de aire insuflado . 4.7.2. Quemadores intensivos '
J43 145
151 «g4
154 ' ' 159
4.7.3. Quemadores emisores de radiación infrarroja .' ' ' 163
47 f6 tubos tlfOS sumergidos radiantes ayalta temperaturasu.' 166 4.7.3.5 SS^S0™8 Quemadores de de combustión mergida 16g 1'IÍ' ?uemadores mixtos o multicombus'tibles .'.'*' 172 4.7.7. Sopletes . .' 180
4*8' marcha ™tP?dÓIí ?e con los ^^adores a los distintos gases,yy a la 183 mixta fuel-oil 4.8.1. Quemadores con mezcla previa . . . i«4 4.8.2. Quemadores sin mezcla previa . . . ' . . . [ Js?
4.9. Elección del tipo de quemador 4.10. Elementos auxiliares de los quemadores
4.10.1. Protección de las canalizaciones y los mezcladores de
los retornos de llama . 4.10.2. Encendido automático
. .
lg6 i90 1QI }q¡
4. 0.3. Detección de las llamas . . .' }q! 4.10.4. Regulación automática • . . . ' . . ' . [ ' J92
Capítulo V. —APLICACIONES INDUSTRIALES 5.1. Gas natural en los generadores de vapor . . . 5.1.1. Equipos para calderas industriales . .
193 193
1%
5.1.1.1. Quemadores a gas natural . . . " 196 5.1.1.2. Dispositivos de regulación . . . ' ' 198 5.1.1.3. Órganos de seguridad. . . . ' ' 198 51.2. Conversión de calderas existentes a gas natural .' .' 201 5.l.i. Funcionamiento mixto gas natural / fuel-oil . 205
rricosatUral. e" la Síderur8ia v metalurgia de productos fé5.2.1. Reducción directa del'mineral . " . " " * ' ?¡í 522. Altos hornos
n
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'"•Mí
I m
ÍNDICE DE MATERIAS
5.2.3.
5.2.4. 5.2.5. 5.2.6.
Hornos de fusión 5.2.3.1. Cubilotes de fusión de hierro fundido 5.2.3.2. Hornos de acero Martin Siemens . 5.2.3.3. Hornos de fusión eléctricos . Hornos de recalentamiento Hornos de tratamientos térmicos . Atmósferas controladas
5.2.7.
Técnicas especiales
5.2.8.
Oxicorle
5.3. Gas natural en la metalurgia de metales no férricos 5.4. Gas natural en la fabricación de cales y cementos . 5.4.1. 5.5.
5.6.
Prólogo
Cemento
Gas natural en la industria del vidrio 5.5.1. 5.5.2.
Hornos de balsa . . . . Hornos de crisoles
5.5.3.
Operaciones anexas a la fusión
Entre las modernas fuentes de energía de indudable valor se encuentra el Gas Natural que, por las dificultades de transporte
y distribución desde sus yacimientos hasta los centros de con sumo, no ha encontrado en muchos países como el nuestro la facilidad de utilización que merece por sus cualidades de efica cia, comodidad, facilidad de regulación y automatización, lim
Gas natural en la industria cerámica 5.6.1. 5.6.2.
Secado Cocción 5.6.2.1. Productos de tierra cocida
pieza y antipolución.
5.6.2.2. Hornos de fuego móvil 5.6.2.3.
España, que no ha sido nunca un país «gasista», tiene ahora
Hornos túnel
5.6.2.4. Productos cerámicos propiamente dichos: lo
la oportunidad de extender por todo el país, gracias a la inicia
zas y azulejos, gres y porcelanas 5.7. Gas natural en la industria química 5.7.1.
tiva de la Sociedad Gas Natural, S. A., continuada después por la estatal Empresa Nacional dül Gas (Enagas), constituida expre samente con esa finalidad, al Gas Natural, que, por no encontrar se hasta ahora en nuestro suelo más que en pequeñas cantidades,
Como combustible
5.7.2. Como primera materia 5.7.2.1. Hidrógeno 5.7.2.2.
Amoníaco
5.7.2.3. 5.7.2.4. 5.7.2.5.
Melanol Acetileno Gas reductor
5.7.2.6. 5.7.2.7.
Proteínas Azufre
5.8.
Gas natural en industrias agrícolas y de alimentación .
5.9.
Gas natural en la industria textil
5.10.
Gas natural en la industria de la madera, papel y cartón .
debe ser importado por vía marítima de los afortunados países que ¡o poseen.
Como existe poca documentación en castellano sobre la mate ria he creído que podría ser de interés para los industriales y los estudiosos recopilar en un tomo manejable la abundante docu mentación que poseo sobre lo realizado en otros países y en la
zona industrial que rodea Barcelona, respecto a la utilización industrial del gas natural, que indudablemente encontrará en
España un amplio campo de aplicaciones como lo ha encontrado
5.11. Gas natural en utilizaciones diversas
en todos los países industrializados donde existe una amplia red
5.11.1. Calentamiento directo 5.11.2. Calentamiento indirecto 5.12.
de distribución por tuberías de gas.
5.11.3. Operaciones térmicas especificas del j»as . . . Recomendaciones para el control y mantenimiento de equi pos térmicos industriales utilizando gas 5.12.1. Control y mantenimiento de los equipos térmi cos de gas 5.12.2. Reparaciones, caso de averías 5.12.3. Medios de control corrientes
índice alfabético .
.
3541
Este trabajo está basado no sólo en las experiencias adquiri das a través de la labor cotidiana desarrollada durante tantos
años c\i diversas empresas relacionadas con el mundo del gas,
sino también por los conocimientos contraídos por el estudio de las más importantes publicaciones que sobre el tema se han edi
tado v. cómo no. por las amplias relaciones internacionales que
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XII
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PROLOGO
me ha proporcionado la asistencia a gran número de Congresos Internacionales y también a las reuniones y coloquios que perió dicamente organizan las más importantes Sociedades y Asocia ciones europeas del gas.
Este libro va dirigido especialmente a los industriales y a los
ingenieros interesados en la aplicación de esa nueva fuente de energía en las distintas ramas de la industria. Tanto unos como
CAPITULO PRIMERO
otros pueden verse decepcionados por no encontrar en determi
nados capítulos nada que ellos no conozcan perfectamente con
Propiedades
mayor amplitud. Pero unos y otros deberán colaborar íntima mente entre sí y discutir los problemas comunes que les afectan
creemos que lo que exponemos puede ayudar a los técnicos gasistas (preocupados por su tecnología, no siempre aplicable práctica y económicamente) a adaptar sus conocimientos a determinadas
1.1.
nicas gasistas que les interesa.
Se denomina gas natural al conjunto de¡hidrocarburos gaseo sos formados principalmente por el metano) en proporción supe
industrias mientras los técnicos de las mismas (que saben muclio mas de su especialidad) encuentran en el libro aquellas téc Si esta generación de ingenieros y sus sucesores, los estudio sos de hoy y de mañana, pueden aprovecharse de este esfuerzo de recopilación que el autor, durante su larga dedicación a la industria del gas, ha llegado a reunir, se considerará recom
pensado.
Debo expresar mi agradecimiento a «Catalana de Gas y Elec
tricidad» por la valiosa ayuda y colaboración que me han pres
tado en la elaboración de este libro y muy especialmente a los
ingenieros de la misma y de «Si-digas», D. Fidel Valle Saval y
D. Antonio Tejerina Aguilar. Igualmente expreso mi reconoci miento a la cortesía de varias firmas industriales por la documen tación y grabados que me han facilitado de los productos de su fabricación. El Autor
Generalidades
rior al 70 °/o, que se obtiene de la naturaleza en los campos petro
líferos acompañando al crudo del petróleo (gas natural asociado)
o acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros hidrocarburos o gases (gas natural no asociado).
No existe una teoría rigurosa sobre su formación, pero puede
asegurarse que proviene. del mismo proceso de formación del petróleo. Desde hace varios decenios, las prospecciones geológi cas, que se han acelerado después de la segunda guerra mundial,
han hecho aparecer, desigualmente repartidos sobre la superficie del globo y a profundidades que sobrepasan, a veces, los 5000 m, yacimientos de gas más o menos importantes y más o menos concentrados, acompañados o no de petróleo.
Los componentes que pueden acompañar al metano son hidro carburos saturados como etano, propano, butano, pentano y pe
queñas proporciones de gases inertes, tales como anhídrido car bónico, nitrógeno y, en algunos casos, ácido sulfhídrico, oxígeno e hidrógeno. La proporción de estos componentes raras veces
supera el 15 °/o, aunque en casos excepcionales, como en el gas natural de Lacq (Francia) o en el de Kapurri (Nueva Zelanda), las proporciones de ácido sulfhídrico y de anhídrido carbónico, respectivamente, exceden dicho nivel. En estos casos, ambos pro ductos son eliminados del gas natural antes de su distribución.
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t=s=s%
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En el cuadro 1 se detalla la composición de diferentes gases naturales de procedencias distintas, así como en el cuadro 2 se especifican las características principales de los componentes de los gases naturales, lo que nos.permite calcular, para un gas de
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Etano
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Nitrógeno
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77,8 3,6 1,2 0,9
81,5 2,7 0,5 0.1
92.0 33 0,7 0,3
95,9 1,4 0,4 0,3
82.1 12,4 3,7 1,4
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Composición aproximada de gases naturales
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de inflamabilidad, etc. Cuadro n.° 1
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Anhídrido carbónico
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Acido sulfhídrico Alema nia Occ. Emsmün-
dung Metano Etano
Propano Butano
81,8 2,8 0,4 0,2
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78,1 9,9 5,5 2.8
U.S.A.
N.Ze landa
U.R.S.S.
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Gulf Coast
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93,5 3,8 1,2 0,6
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composición conocida, cuál es su potencia calorífica, densidad, cantidad de aire teórico necesario para la combustión (poder comburente), volumen de los humos (poder fumígeno), límites
Francia
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PROPIEDADES®
GAS NATURAL
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GAS NATURAL
En este cuadro no están incluidas las velocidades de defla gración de las llamas de gas: dichas velocidades son del orden
ct rt 267 9A7 cm/s T/Spara Pai"a.el l?S hÍdrOCarburcs ligaros, mientras que es de hidrógeno. La temperatura teórica de combustión de los diferentes gases naturales, que vana poco para el mismo factor de aire de com bustión, es de 1900 °C para la combustión estequiométrica. 1.2. Reservas y consumos
Como el gas natural tiene unas reservas limitadas, hemos de
fr
valoración de las reservas mundiales de gas establecida país por
país puede contener una amplia variedad de datos inseguros.
Por el contrario, tomadas dichas reservas globalmente son más
fiables, ya que los errores o diferentes sistemas de evaluación de
cada país, se equilibran mutuamente. En la figura 1 representa mos las reservas conocidas de gas natural al 31 de diciembre de
1984, cuyo total asciende a 96,6 X 1012 m3, de los cuales más de
un 40 % están ubicados en la Europa Oriental, un 23 % en el Oriente Medio y un 11 % en Norteamérica. El resto está repar
tido entre Europa Occidental, Latinoamérica, África y Asia-Oceanía, correspondiendo a la primera un 5 %.
ser prudentes en la valoración de su empleo. Aunque a primera
vista se tiene la impresión de abundancia, la relación reservasproducción a escala mundial equivalen a menos de 50 años al
Europa Occidental 5 % Asia-Oceanía 7 %\ Europa Oriental 41 %
actual régimen de producción.
No obstante, aunque las actuales reservas son limitadas exisen buenas perspectivas de nuevos e importantes descubrimien tos. Por otra parte, el mercado mundial es limitado, a causa de
5
PROPIEDADES
África 7 %
que el consumo masivo está ubicado generalmente a grandes distancias de los centros de producción y el gas, por su naturaleza «Sica, es mas costoso de transportar ydistribuir que los combus tibles líquidos y el carbón. Además, las tecnologías necesarias para ello exigen mucho más tiempo para su desarrollo; presen
tan también problemas políticos, que deben solucionarse, e inter vienen consideraciones económicas que juegan un papel imporlanle.
Oriente Medio 23 %
/
La definición de «reservas de gas natural» no está bien fijada
en lodo el mundo. Por esa razón, lo que un país clasifica como
reservas probadas, no puede compararse exactamente con las
-
* América del Norte 11 %
Latinoamérica 6 %
Fig. 1. —Reservas probadas de gas natural en el mundo.
reservas probadas de otro país, hasta que se establezcan con pre
cisión las definiciones, se cuantifiquen los métodos, el valor ener
' Las reservas de gas natural son equivalentes, bajo el punto de vista de energía térmica, entre una mitad y un tercio de las
Otras complicaciones se presentan al valorar las reservas ex
reservas mundiales de petróleo. El petróleo suministra aproxi madamente un 55 % de la demanda mundial de energía, y es
gético, la composición, etc.
plotables en los lugares en que el gas se encuentra disuelto en el crudo o se produce simultáneamente con el mismo (gas aso ciado) y cuya extracción depende de la cuantía de la extracción de petróleo. Acausa de ello y de otras complicaciones, cualquier
también la principal fuente de energía primaria virtualmente en todos los países. El gas natural suministra un 17 % de la deman da de energía, pero, contrariamente al petróleo, su uso está con centrado en relativamente pocos países.
•'•'
GAS NATURAL
PROPIEDADES
Cuadro n.° 3
es el mayor consumidor mundial, yentre U.S.A., U.R.S.S. yEun>
pa juntas, consumen aproximadamente el 87 o/o del consumo
Consumo de gas natural en el mundo (lO^m5) 1981
Europa Occidental Europa Oriental América del Norte Latinoamérica Oriente Medio África
Asia-Oceanía
Total mundial
1982
1983
1984
224
214
225
239
14,2
490
537
573
620
36,7
620
582
530
567
33,6
64
70
74
76
4,5
48
35
35
44
2,6
1.9 6,5
23
24
28
32
81
85
93
109
1.550
1.547
1.558
1.687
mundial de gas. El «resto del mundo», con un consumo del 13 /o del total, se reparte en amplio número de pequeños mercados, como Argentina, Australia, Bangladesh, Nueva Zelanda, Nigeria, Pakistán, Venezuela, Trinidad yJapón. En todos ellos el consumo es importante dentro de cada país, pero no comparativamente en el mercado mundial. Japón, que no posee yacimientos de gas natural ydebe importarlo líquido, es, no obstante, un fuerte con-
%
sumidor a nivel local.
1.3. Características del gas natural distribuido en España
Hasta este momento, y con la gran esperanza de explotación
Los datos relativos al consumo mundial de gas son mejor
conocidos y más precisos que los referentes a las reservas. Puede apreciarse en el gráfico de la figura 2 y en el cuadro n.» 3 la
de los recientes yacimientos descubiertos en Huesca, Rioja y en
pales países. Norteamérica, y esencialmente U.S.A.,
Nacional del Gas, S. A.) posee en la planta de Barcelona, donde se regasifica el gas natural líquido procedente en su mayor parte
el golfo de Cádiz, el gas natural distribuido en España proviene, en su casi totalidad, de las instalaciones que ENAGAS (Empresa
distribución del consumo de gas natural en 1984 en los princi
de Libia y de Argelia.
La composición media del gas natural suministrado hasta la fecha por ENAGAS, así como sus características de combustión,
36,7 %
Europa Oriental
33,6 %
han sido las siguientes:
América del Norte _
Composición volumétrica: Metano
.
Etano.
.
Propano . Butano
.
Nitrógeno Europa Occidental
II
t
15,5 %
86,15 12,68 0,40 0,09 0,68
% % % % %
Características de combustión:
Contenido en azufre en el odorizante. Peso específico Densidad relativa al aire
• i
'
6,6 mg/m3 (n) 0,808 kg/m3 (n) 0,625
• •
I
8
GAS NATURAL
PROPIEDADES
Potencia calorífica superior a 15 °C . .
9450 Kcal/m3 (n)
Potencia calorífica inferior a 15 °C . índice de Wobbe índice de Wobbe corregido
8 958 13 249 13 461
» » »
»
índice de Delbourg (potencial de combus-
tión)
_ lión
10,47 m3 aire/m3 gas
Concentración máxima de C02 en humos secos
Volumen de humos secos (por m3 gas). . Volumen humos húmedos (por m3 gas).
Límite inf. de inflamabilidad en el aire. Límite sup. de inflamabilidad en el aire.
— Volumen. —
Presión.
— Calor.
— Poder calorífico. — Densidad.
46,5
Volumen de aire teórico para la combus-
9
Los múltiplos y submúltiplos de las unidades de medidas se acompañan de un prefijo. Los principales son:
12,08%
9,39 m3 12,44 m3
Factor por el cual se multiplica Prefijo
4,8 %(de gas) 13,5 %(de gas)
E P T
1 000 000 000 000 000 000 = 10" = 10» 1 000 000 000 000 000 = 1012 1 000 000 000 000
giga
G
mega
M k h
1 000 000 000 1 000 000 1000 100 10 01 0 01
exa
peta tera
1.4. Sistemas y unidades de medida
kilo hecto
En el mundo existen tres sistemas de unidades, válidos en dis tintos países, para la medición de gases. El sistema inglés, utili
deca
deci cent i milli micro
zado en EE. UU., Gran Bretaña, Canadá y demás países de la Commonwealth; el sistema métrico, usado en el continente europeo, Japón, América Latina y algunos países más; finalmente, el Sistema Internacional de Unidades, de acuerdo con la resolu
da d c m
|i
nano
11
pico
P
femto
ción tomada en la 11.a Conferencia Internacional de Pesas y Me
la unidad
Símbolo
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10 10-' 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-1S
0000000000000000001 = io-ls
didas de 1960. Algunas de las medidas fundamentales de los tres sistemas son las siguientes: Sistema
Sistema
Sistema
inglés
métrico
internacional
Longitud
pie
centímetro
me 1ro (m)
Masa
libra
gramo
kilogramo (k)
segundo
segundo
0 Farenhcit
0 centígrado
segundo (s) °Kelvin (K)
Tiempo Temperatura
Además de las unidades básicas, sus múltiplos y submúltiplos, cada sistema tiene una extensa gama de unidades derivadas. Las
más importantes relacionadas con la industria del gas son las unidades de:
1.4.1.
Medición de volumen
El volumen de un gas varía considerablemente con su tem
peratura y presión. Por otra parte, varían también las condicio nes de su medición; unas veces se mide el volumen de un gas seco, y otras, saturado con vapor de agua. Las tres unidades volumen métricas más comúnmente em pleadas son las siguientes:
— Metro cúbico standard m3 (s).
Medido seco a 150 °C y
presión de 760 mm de columna de mercurio.
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Atmósfera Stand.
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0,033421
1,3158 xlO-3
0,068046
0.967841
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0,070307
1
1,03323
1,01972
kg/cm2
1.4223X10-3
0,491154
0,019337
1
14.2233
14,6959
14,5038
PSI
0,07355
25,4
1
51,715
735,559
760
750,062
tor
0,00289
1
0,03937
2,03602
28,9590
29,9213
29,53
in.Hg.
0,98692x10-» 1,01972x10» 14,5038x10-» 750,062x10» 29,53x10-»
:.± agua a 0,9806 x 10-4 0,9678xlO-4
mercurio
pulgada c.d. 0.03386
mercurio
c.d.
Milímetro
cuadrada
pulgada
Libra por
por centíme 0.98066 tro cuadrado
Kilogramos
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3,386
133,273
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345,55
13^951
703,7
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1,0197 xlO-4
mm c.d.a.
FACTORES DE CONVERSIÓN CORRESPONDIENTES A UNIDADES DE PRESIÓN
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GAS NATURAL PROPIEDADES
Las unidades preferentes para la medición de presión son: Kilogramo por centímetro cuadrado (en los sistemas métrico
e internacional).
Libra por pulgada cuadrada (en el sistema inglés). Pascal = Newton/m2 (sistema internacional SI)
üjSSüSS/ símbolos Kilocaloria
"cal
BTU
I
3,9683
0,25199
/
Therm
te
kwh
1,00031 xlO-3 3,9683x10» 0,00163
4186,84
0,2521x10-8 10»
1055
British
Thermal Unit
1.4.3. Medición de calor
1*. ™%Un'dadeS,de m!dÍda deVienen CaI°r son ementebien función de las condiciones de medición. determinadas, en tér-
ToXun, fUt°S' C°T.d mover requerida una ^sa comía una fuerza, o bien trabaj° como larCalÍZad0 cantidadPara de energía para elevar la temperatura de una masa específica de agua en
una cierta cantidad.
13
8
Termia
999,69
Therm
0,252x10» 10»
Küowatio- 859g45 Julio
3967,09
/
3,967x10-* 1,163
25,207
3412H 0g60i
2,931 xlO-4
I
3f412xl0.2
0,2388x10-3 9,48x!0-< 0,2388x10° 9,48xl0-o
29,307
j 0,278x10°
4,187x10-* 105,5x10°
36xl0^ /
En los tres sistemas de medida, las unidades preferentes son:
var^e Moc'L^ir?0 ° C"¡tidad de CaI°r neCeSaria var de 14 Ca 15 °C la masa de un kilogramo de agua. Para eIe" -British Thermal Unit (BTU) o 180ava parte del calor re-
querido para elevar de 32 °F a 212 °F la masa de una libra de
1.4.4. Medición de potencia calorífica
Potencia calorífica o poder calorífico de un gas es la cantidad
de calor desprendido por la combustión completa a presión
constante de 1,013 bar (atmosférica) de la unidad de volumen de
vntrÍUlÍ°.InternaCÍOnal Cantidadproducido de calor disiPado un vatio durante un segundo°(trabajo por una por fuerza
dtLrrlaTuLTde ap,icación se despiaza „n¡lTentemente, UtÍlÍZan europeo, Cn la industria g^ otras dos unidades, una en el SC continente la otra deI en Gran Bretaña.
1000°kcarrPeCtÍVamente: TCrmÍa (tC) ec*uivaIente a JMcal = - Therm equivalente a 100 000 BTU o 1055,06 kilojulios.
pondfenUabIa adJUnta flgUran l0S faCt°reS dC conversion corres-
dicho gas (m3 normal, es decir, a 0°C y a presión de 760) toman do los elementos de la combustión y los productos de la misma
a igual temperatura (temperatura ambiente).
El poder calorífico de un gas se expresa en kcal/m3(n). Con las unidades del sistema internacional (SI), el poder calorífico se expresa en kJ/m3(n).
El poder calorífico de un gas se llama superior (P.C.S.) cuan do el agua resultante de la combustión de los átomos de hidró geno inicialmente contenidos en el gas, se supone líquida (con-
densada) en los productos de la combustión.
El poder calorífico de un gas se llama inferior (P.C.I.) cuan do el agua resultante de la combustión del hidrógeno y de los productos hidrogenados inicialmente contenidos en el gas, se
supone en estado de vapor en los productos de la comWt'ión
14
GAS NATURAL PROPIEDADES
La diferencia entre el P.C.S. y P.C.I. es igual, por definición,
15
— Kilogramo por metro cúbico normal: Peso específico definido para un gas seco a 0°C y 760 mm
al calor de condensación del vapor de agua resultante de la com
bustión del hidrógeno del combustible. Esta relación puede con
siderarse, aproximadamente:
c.d.Hg.
— Libras por pie cúbico standard:
Peso específico definido para un gas saturado de agua
P.C.I. = 0,9 P.C.S.
Los factores de conversión de valores de potencias caloríficas expresadas en distintas condiciones de presión v temperatura
son los siguientes:
a 60°F y 30" de columna de mercurio.
Existe, sin embargo, un sistema que evita la definición de las condiciones de medición en la fijación del peso específico; es la introducción del concepto de «densidad».
Para obtener
Multiplicar por
kcal/m3 a 0°C
y 760 mm c.d.Hg. seco
kcal/m3 a 15 °C
y 760 mm c.d.Hg. seco
kcal/m$a 0 °C, 760 mm
c.d.Hg. seco
0,9480
kcal/m3 a 15 °C, 760 mm
c.d.Hg. seco
1,0549
La densidad de un gas viene definida como la relación entre
el peso de cualquier volumen del mismo yel de un mismo volu
men de un gas de referencia, generalmente el aire. Puesto que la mayoría de gases considerados están próximos a las condiciones de un gas perfecto, pueden despreciarse las diferencias en com presibilidad, cambios de volumen con la temperatura y conte nido en vapor de agua.
1.4.6. Constantes y factores usuales de conversión
1.4.5. Medición de densidad y peso específico
El peso específico de un gas se define como relación entre su masa y su volumen. La masa, en sus tres sistemas de medidas, Viene expresada en gramos (métricos), en libras (inglés) o kilo gramos (internacional), y no requiere definir condiciones. El vo lumen, por otra parle, viene respectivamente definido en cm3 Pies y m, y precisa, en el caso de gases, mayores detalles tal
como se indicó anteriormente en la medición de volúmenes.
La utilización de factores de conversión resulta necesaria si se desea expresar el peso específico en distintos sistemas de me
dida con diferentes temperaturas de referencia, presiones ycontenido en agua.
Las unidades preferentes para expresar el peso específico de un gas son: — Kilogramos por metro cúbico standard:
Peso específico definido para un gas seco a 15 °C y760 mm
C.cl.riíí.
Frecuentemente se utilizan unidades no ortodoxas que re
quieren factores de conversión. Acontinuación relacionamos al gunas de ellas. I m'(n) l
SCF
= 37,89 SCF (Standard cubic feet) = 0,2655 nr'(n)
1 BTU
= 252 calorías (BTU = British Ther
1 BTU/SCF 1 kcal/mXn)
= 9,547 kcal/m3(n) = 0,10473 BTU/SCF
1 ^O"
_ it8r°F)+ 32° (F = Farenheit)
mal Unit)
1 °F
1 galón imperial (G.B.) 1 galón (EE.UU.)
= 0,556 °C (F°32) = 4,5459 1 = 3,7854 I
1 1
= 0,2201 galones imperiales (G.B.)
1 1
= 0,26418 galones (EE.UU.)
1 tonelada de equivalente carbón
= 27,336 X 106 BTU = 6,89 X 10" kcal
~
700 m' de gas natural standard
-
16
GAS NATURAL
PROPIEDADES
100 millones de pies cú bicos por día
1000 pies cúbicos de gas
Para que la combustión se realice en buenas condiciones, es necesario que:
1000 millones de m3 por año
natural standard
la cantidad de aire sea la mínima conveniente para obte
1 millón de t por año
20 000 barriles de crudo
ner una combustión completa;
— se cumplan determinadas exigencias de tiempo, turbulen
por día
I barril de crudo
17
I millón de t por año
cia y temperatura.
0,15897 m3
Resumiendo: Los principios de una buena combustión se re
ducen a «Suministrar al combustible la adecuada y correcta pro
1.5. Características de combustión de los gases Combustión es la serie de fenómenos físico-químicos que se producen en la reacción exotérmica de oxidación de cuerpos o sustancas combustibles por el oxígeno de cuerpos comburentes
porción de aire, en el lugar apropiado, facilitando las debidas
condiciones de tiempo, turbulencia y temperatura, a fin de que
las reacciones de la combustión puedan efectuarse de la manera más completa posible en la cámara de combustión o en el labo ratorio del horno».
Como comburente se empica siempre en la práctica el aire
dtdel WS CXCCpCÍ°nfS Se L"i,-« ^ oxígeno puro. Compon
1.5.1.
siempre: 20 %otfgeno + 80 %nitrógeno.
suficiente para asegurar la combustión completa de un metro
me 21% 21 oxigeno C" ^^+ 3!/0 + 77Prácticamente %n¡tró^"-seEntoma vo lumen. 79 "ó°XÍgen° nitrógeno.
La^combustión viene siempre acompañada de un desprendí-
1acesensibil "»**<* dede '«U »la sensible a'*"* nuestrafenÓnWn°' vista por *"la Iapresencia la llama cual constituye la fuente de calor.
Para que la combustión pueda iniciarse ypropagarse es nc-
cesano que se cumplan simultáneamente dos condicione;:
- el combustible yel comburente deben mezclarse en cic las proporciones;
1:1 temperatura de la mezcla debe se- bcalmentc superior
a su lempcraíura de inflación.
Oirás dos condiciones suplementarias son precisas para que
la combustión prosiga:
'
los producios de la combustión tienen que evacuarse a
medida que se produzcan;
- "~ción del combustible ycomburente deben ase0Jrarsc de forma que satisfagan a las dos primeras condi-
Aire teórico
Se entiende por aire teórico la cantidad de aire necesaria y
cúbico de gas. Se expresa en metros cúbicos normales de aire por metro cúbico norma! de gas. fe-
Otando un metro cúbico normal de gas está mezclado con un
volumen de aire igual al teórico, se define como mezcla estequiométrica o teórica. A la cantidad de aire teóricamente necesaria a
la combustión se le llama también «poder comburívoro». 1.5.2. Poder fumígeno
Se define como el volumen, expresado en condiciones norma
les, de productos obtenidos en la combustión completa de un metro cúbico normal de un gas asociado a la cantidad de aire igual a la teórica.
Dado que el agua resultante de la combustión puede conside
rarse en estado líquido o de vapor, se distinguen dos poderes lumigenos: el seco (denominado comúnmente volumen de hu mos secos), en el que el agua de combustión está en estado lí
quido (condensada), yel húmedo (o volumen de humos húmedos),
X
I GAS NATURAL
18
'
PROPIEDADES
h
que es el volumen de productos de combustión efectivamente a
1.5.4.
19
Temperatura teórica de combustión
evacuar, en el cual el agua está en estado de vapor. La temperatura teórica de combustión es aquella que alcan zarían los productos de la misma, si todo el calor de la reacción fuese empleado en su calentamiento. La temperatura teórica de combustión del gas natural en el aire es de 1 900 °C. Como siem pre existen pérdidas de calor, esa temperatura no se alcanza en
El poder fumígeno se expresa en metros cúbicos normales de humos por metro cúbico normal de gas. Con el poder fumígeno seco, se acostumbra a indicar la con centración máxima de anhídrido carbónico resultante de la com
la práctica. La curva de lajig. 3 indica la temperatura teórica de
bustión, expresada en tanto por ciento. 1.5.3.
combustión del metano puro para las diferentes relaciones Aire primario
Exceso de aire. Coeficiente de suministro
n
=
Aire teórico
En la práctica es imposible obtener una combustión completa
Dicha temperatura puede sobrepasar los 2 500 °C, enrique ciendo el aire con oxígeno.
suministrando la cantidad teórica de aire a la combustión, ya
que siendo ésta una reacción química de oxidación, es práctica mente imposible que todo el oxígeno del aire se combine con las sustancias combustibles hasta completar la reacción. Como
1.5.5.
en todas las reacciones químicas, es necesaria una concentración
Temperatura de ignición
de los reactivos y un determinado tiempo y condiciones para que la reacción se complete. Si queremos que todo el oxígeno se com
Es la temperatura mínima que debe alcanzarse para que pue da iniciarse y propagarse la combustión en un punto de una
bine, será necesario un exceso de combustible que, naturalmente,
mezcla inflamable de aire y gas. El auto-encendido de una mezcla de gas natural y aire, comprendida dentro de los límites de in
dará una pérdida importante en el rendimiento térmico. Por ello es preferible que haya exceso (mínimo) de aire para que arda la totalidad del combustible. Ello provocará, naturalmente, una dilución de los productos de la combustión y una pérdida tér mica por los humos, la cual será siempre inferior a la pérdida por inquemados. A este exceso de aire se le conoce por coeficiente de suministro de aire K. Dicho coeficiente tiene los siguientes valores para los distintos combustibles: para combustibles sóli dos, K = 1,4 a 2,5 (exceso de aire de 40 a 150 %); para combus tibles líquidos, K = 1,25 a 1,6 (exceso de aire de 25 a 60 %); para combustibles gaseosos, K = I, 1 -|- a 1,4 (exceso de aire de 10 a 40 °b). Este coeficiente, relativamente bajo para el gas natural comparado con el de los combustibles sólidos y líquidos, repre senta una importante mejora en el rendimiento térmico de la combustión, a consecuencia de una pérdida más baja en la chime nea y una temperatura más alta de combustión.
A pesar del empleo de exceso de aire en la combustión, en la práctica se encuentran casi siempre, en el análisis de los humos, pequeñas proporciones de CO y Hfo.
flamabilidad, tiene lugar a una temperatura del orden de 650750 °C.
1.5.6.
Límites de inflamabilidad
Son los límites de la composición de la mezcla aire-gas para que la combustión pueda iniciarse y propagarse. Se expresan en tanto por ciento de contenido de gas combustible en la mezcla aire-gas.
Por debajo del límite inferior de inflamabilidad, la mezcla no
es suficientemente rica en combustible para quemar; por encima del límite superior de inflamabilidad, la mezcla es pobre en com
\
burente.
1.5.7.
Velocidad de deflagración
Una llama estable de una mezcla aire-gas, comprendida entre los límites de inflamabilidad, se propaga a una cierta velocidad,
1
—
PROPIEDADES 20
21
GAS NATURAL
que depende de variables físicas y químicas, composición de su mezcla con el aire de combustión, temperatura, presión, forma
y dimensiones del quemador. Para el gas natural, la velocidad de deilagración o de propagación es del orden de 0,3 m/s (ver grá fico fig. 4). .y c
6 " £ c CO w
1 '«X)
3
1.5.8. Velocidad crítica de retorno de llama
^
O -O
|i F°
Se designa así el límite inferior de velocidad de salida en la
l - -o
cabeza de un quemador con mezcla previa de aire-gas, compati ble con una llama estable; si la velocidad de salida es inferior a la velocidad crítica, la llama se propaga al interior del quemador
1 700
—^ f-
.
—
'
1 5i»
en la mezcla gas-aire (el quemador se dice que «se cala»).
—^
—
—
1.5.9.
Velocidad de desprendimiento de llama
— -
•
Es el límite superior de la velocidad de salida a la cabeza del
quemador compatible con una llama estable: si la velocidad de salida es superior a la velocidad de propagación de la llama, ésta se desprende del quemador. 1 300 r—
—
1.5.10.
/
—
—
_
—
- -
I 100
Dos gases se dice que son intercambiables cuando, distribui dos bajo la misma presión, en la misma red, alimentando los mis
_
—
ñire primario
mos quemadores y sin cambios de regulación producen los mis
mri' secundarlo —
mos resultados de combustión: (lujo calorífico, posición y com
—
portamiento de la llama. Siendo la combustión, por naturaleza,
—
i
Intercambiabilidad de gases
una reacción química, no puede existir una intercambiabilidad N
_
_
absoluta. Afortunadamente, dicha rigurosidad no es necesaria.
_
1.0
2,0
Basta con que ciertas características básicas se conserven de for ma aproximada.
Fig. 3. — Temperatura teórica de combustión del metano, teniendo en cuen ta la disociación en función del factor de aire (»).
Los estudios de los problemas de intercambiabilidad han con ducido a agrupar en familias a gases de características próximas. Para cada familia se ha escogido un gas, llamado de referencia, que se emplea como tipo en los ensayos de normalización.
/
/
r^||
•~1
22
r-^n
r*^
GAS NATURAL
*0)
Ámbito
Familias
El o
Primera
e V
o
Segunda aire primario n
•a
80
Gases de P.C.S. comprendido
entre 4,2 y 4,7 (gases manufactu rados) te/m3(n)
e •o
90
23
PROPIEDADES
Tercera
=
aire teórico
-o
Gases ricos: gas natural y aire propanado Gases muy ricos: propano, butano
Gas de referencia Gas de P.C.S.
de 4,5 te/m3(n) Metano puro Butano puro
Los gases de la misma familia son normalmente intercam
CD
"O O
o
o
>
biables.
^.< Gas de referencia (i.* familia)
70
Delbourg, de Gaz de France, ha definido ei diagrama de inter cambiabilidad de gases, en el cual cada gas viene representado por un punto expresado en coordenadas rectangulares (potencial
de combustión en abscisas e índice de Wobbe en ordenadas). Mediante curvas experimentales, derivadas del comportamien to de la llama de un gas a su desprendimiento de laboca del que mador, retroceso de llama o combustión incompleta, se puede trazar el campo de funcionamiento correcto de un quemador para un gas determinado. En el gráfico de la figura 5 representa mos el diagrama de Delbourg para los gases de las tres familias. Cualquier gas cuyo punto representativo en el diagrama caiga dentro de las áreas ralladas, es intercambiable con otro gas de
60
SO ——
40
Y
la misma familia.
30
< V 20
Áf
10
^
y
/
/
bk.
s
Ga 5 nati ral c e referencia (2
•*
v^
1
• familia) f¿
<
índice de Wobbe y potencial de combustión
J
El comportamiento de un gas en un quemador viene caracte rizado, como hemos citado, por sus coordenadas en el diagrama de Delbourg: índice de Wobbe, potencial de combustión o índice de Delbourg. El índice de Wobbe viene definido por la relación
^
s
S
y
entre la potencia calorífica superior de un gas y la raíz cuadrada de su densidad respecto al aire.
0
P. C. S.
1
0.5
W =
1.5
Fig- 4. —Variación de la velocidad de deflagración en función del factor de aire.
1
El índice de Wobbe corregido tiene en cuenta el balance exis tente entre el contenido en CO, C02 y 02 del gas (coeficiente K2), así como el efecto de los hidrocarburos más pesados que el me tano (coeficiente K¡).
rmm^
TI
24
r
r-
.«mm^
J
GAS NATURAL
PROPIEDADES
•'*•""-£
25
W corre* = K, X K2 X W
250OO -
en los gráficos (figs. 6 y 7) se determinan dichos valores.
El potencial de combustión viene definido por la fórmula
W
| Butano
\ji
11
H2 + 0,3CHi + 0,7 CO + VXaCnMni
*^ Referencia 3? familia ÍG AS'\
3? "2L*B
C =
íd
utileno
• 20 C100 -
1 LIMITE EXTE UOR ÍELA ME2 :las GASE DSAS 'OSIB
P\ LES/P^^^?
donde d = densidad del gas respecto al aire;
Propano ^7
^\
ropiler 0 LIMITE EXTERIOR DE LAS
proporciones volumétricas centesimales de dichos gases;
"
MEZCLAS GASEOSAS POSIBLES
0^
a = constante que tipifica la velocidad de llama del gas;
,Et.mo o
Etilenc
/
• 15.0on —
N
f
/
Me taño
A .P. 13.
y [tenido en oxígeno y del índice de Wobbe corregido respec)tivamente (figs. 8 y 9).
N%>
UOMWA ¡XTGAS 2? Y/J
Los valores de la constante a, de la densidad d y del índice de Delbourg o potencial de combustión c de los gases más
?
500./
usuales, vienen indicados en la siguiente tabla.
//w¿
o/
- iy
^ | constantes definidas por las curvas adjuntas, función del con-
i
1/ 10.000 —
•
<5j
ríe referencia „ /Combustión higiénica r---
- \
4
/
i
SI
—
Hidrócji L'IIO
W=1
.500
c =
380
—
Hidrógeno
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1
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ca rnmhtBtlftn no^Vigiér»
1 1 A .P. 6.500-j,
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^5% FAMILIA f ^^T^
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^
" 1
<*^. LIMIlt fcXIEHIOR
^e
M
V.
DE LAS MEZCLAS lefererKia 1? Famil
1.5.11.
Diagrama de combustión
Elano
Propano
7>
0,070 0,967 0,555 1,046 1,547 2,071
3,79 71,2 40,3 73,3 76,4 69,5
.11
a
( )xido c ecarb6n
c IWT
100
Butano
1.0 0,7 0,3 0,75 0,95 1.0
Oxido de carbono Metano
-
3ASE(JSASf- OSIB LES-
i
50
>&
Gases
/
— ®4
U
150
Fig. 5.—lnlercambiabilidad de los gases de la 1.a, 2.* y 3.' familia.
En el proceso de combustión de un gas, los productos obte nidos como consecuencia de la misma pueden ser de distinta naturaleza para un mismo gas, según cuales sean las proporcio nes relativas de aire y gas.
Para un gas de composición determinada, es posible repre sentar, bajo forma de diagrama, la composición de los humos
n
u
,
1.4 GAS NATURAL
26
1.3
1,2
L s-*
Osv
—
s s
1.1
2000
¿000
6000
8000
10000 12000
14000 16000
18000 0. 1000-^-
Fig. 6. — Coeficiente K\ del índice de Wobbe (2.* familia de gases). Gas natural.
i.o
0 0,1 0¡2 Q3 QA 0.5 Q6 07 .00 09 1,0 Fig. 8. —Coeficiente U del potencial de combustión (2/ familia de gases). K2 1.10
1,15 1.00
X
/
1.10
1,05
0.90
1.00
0,95
^s;
0.80
m./)OiO¡>r.o, 1000
"res
0,90 -5
0
5
10
15
20
Fig. 7. — Cocficienlc K¿ del índice de Wobbe (2.a familia de gases).
0.85
Gas natural.
0.80 10000
11000
12000
13000
14000
15000
r-t
í
i
GAS NATURAL
23
PROPIEDADES
secos procedentes de la combustión. Denominado diagrama de Ostvvald, está trazado en coordenadas rectangulares: porcentaje
do oxígeno de los humos secos en abscisas y de anhídrido car bónico en ordenadas. Se completa el diagrama, de forma trian gular, con el porcentaje de inquemados obtenido en la combus
29
Ejemplo: Hemos encontrado por análisis de los humos: C02 = 8 %
02 = 5,7 %
tión.
El diagrama de combustión (fig. 10) permite determinar el exceso de aire de la combustión y la composición completa de los humos secos, cuando se conocen por análisis las proporcio nes de C02 y O2 de los productos de la combustión.
El punto representativo sobre el diagrama es el punto A. Dicho punto está situado en la zona de combustión con exceso de aire. Sobre el diagrama encontramos que el valor del exceso de aire es 0,3, o sea 30 %.
Igualmente encontramos que:
tí* CO
H
C02 CO?
CO
C02
= 0,1 v
H2
y COa
= 0.08.
Por tanto, la composición completa de los humos en % en volumen será: C02=
02 = CO = H2 =
8 5,7 0,8 0,64
N2 = 84,86 100,00
.a 1.5.12.
Rendimiento de combustión
Se entiende por rendimiento de combustión la relación entre
la cantidad de calor cedida por la combustión, respecto a la can tidad de calor suministrada por el combustible.
Proporción del gas
carbónico por cien
Se expresa por: 0
1
2
3
i
5
6
7
8
9
K) 11
12
13
H
15
16
17
Diagrama de combustio'n del gas natural. Fig. 10.
10
19 20 21
Rc =
Calor suministrado — Calor arrastrado por los humos Calor suministrado
_Q-q Q
"^1
r-^
GAS NATURAL
30
PROPIEDADES
El calor suministrado es la cantidad de calor aportada por la combustión, que comprende:
— lel calor latente del combustible, que en el caso de un gas
es su poder calorífico. Como en la combustión de gases el
tota,,. tanto mayor cuanto^o^eaT^^r
calor de condensación del vapor de agua no se recupera
en la práctica industrial, es corriente referir los cálculos al poder calorífico inferior;
— el calor sensible del gas, si éste está precalentado; en la
práctica, los gases de poder calorífico elevado se utilizan siempre a temperatura ambiente;
— el calor sensible del aire de combustión.
En el caso en que el aire y el gas se utilicen a la temperatura
prect^^atSrre ÍES?* ~ *^ «* í* manera m& Perfecta
posible, y que la t-™ '^ ai
chimenea^a lo máb%To2¿Vs*dec"™8 ?""*» a,a diendo a, mfato" de calorZT ^m
de calor sensilpo empeatJra de", *alexceso mínim° aire. P lemPeratura de los'T^^ humos y por de
ambiente, se desprecian los calores sensibles correspondientes,
y se efectúan los cálculos tomados como temperatura de ori gen 0 °C.
El rendimiento de combustión en los gases toma entonces la forma:
P.C.I. — Calor de los humos R, • = P.C.I.
T> \,
1.5.13.
¿^lat^t'sea e,evad°' posible a la cantidad de calor útU a " aPr°XÍme '° más lor^oSTefhor «tcTr-Tr^ *"* de » tibilidad através Te ¡al™¿ . *?**? V" d& Calor P°r c0»duc las pérdidas de rad!ación norl ?° yf""^0"68 deI h°™o. Por y)as pérdidas de calor horno.la temperatura de dC t,feUra.S 'OS P'"du«<* elaborados a la salida del
Rendimiento propio del horno
Como la inmensa mayoría de las operaciones térmicas se rea lizan dentro de un horno, se llama rendimiento propio del horno a la relación de la cantidad de calor realmente utilizado o absor
bido por el material tratado, es decir, el calor útil Q,„ respecto al calor cedido por la combustión, la cual se expresa por: R„ =
Rendimiento total de la operación térmica
Es la relación del calor útil respecto al calor suministrado, y se expresa por:
Q
Q,
O,
= Rn X Re
X
O
dD¿8crbausd,lCOn,enÍd0 de Ca,0r de '<* Cuetos
«£ clZTt c^X^t'aT rcd:tLU„eenacCTCtón "J" '<* P'°ddetoscombustión **\^^ forma^°le (caso
bus*» incompleta feon' £^5™ Cme ^ * C°m"
Q»
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R,
15.14.
O
de Z£Z£fZzÍZTTcaIorífico de ,os •«*«*» ™cos si „UD¡esen pX^í^bS^* ,os inc,uecaioXudei:/;~a0fde^rf -epr?entar ei de diagrama, expresado éste ln MjT"^ baj° forma es aquella cantidad de ca!Ór oue >* *VaCUación; el caI°r latente
inrerior del gas considerado
'^ * b P°tencia ca,°''í(¡<*
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•^j
PROPIEDADES
33
Dicho diagrama, trazado en coordenadas rectangulares, ex presa enordenadas el porcentaje calorífico del PCI de los produc
tos de combustión y en abscisas el factor aire (por exceso o por defecto) característico de la combustión.
Acada temperatura de los humos de combustión, correspon de una recta que traduce, en función del factor aire, el contenido calorífico porcentual de aquéllos.
Ala derecha del eje de ordenadas viene expresada la combus
tión completa con exceso de aire; a la izquierda del citado eje, la combustión incompleta por falta de aire. Ambas regiones es tán separadas por el eje de ordenadas que corresponde a la com bustión completa sin exceso ni falta de aire.
Estando caracterizada la combustión incompleta, con o sin exceso de aire, por el factor aire y por la relación entre el con tenido de CO y de C02, este tipo de combustión acostumbra a no respetarse en el diagrama, por motivos de simplicidad.
El diagrama indicado anteriormente (fig. 11) corresponde.al de un gas natural de potencia calorífica superior á 9800 kcal/m3(n).
Fig. 11.— Diagrama de las pérdidas de calor por los productos de combustión.
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3T
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t CAPITULO
II
Consideraciones sobre el empleo de gas natural 2.1. Aspecto global de la utilización del gas natural El gas natural tiene un extenso campo de utilización, que va desde el uso doméstico hasta el campo industrial, donde pue
de justificarse su aplicación en casi todas las ramas de la indus tria.
Mundialmente, el mercado del gas se clasifica en «doméstico» e «industrial». En algunos países se reconoce un tercer sector denominado «comercial» o «colectivo», situado entre ambos.
El mercado doméstico incluye el gas usado para la cocina, la
calefacción y la produción de agua caliente. El mercado comer cial comprende el uso del gas para la calefacción y producción de agua caliente en establecimientos públicos, oficinas, talleres e incluso en grandes edificios, así como en hoteles, restaurantes, escuelas, piscinas, etc. A fines estadísticos, este mercado se incluye normalmente junto con el «doméstico». Finalmente, el mercado industrial es muy extenso y comprende desde su utiliza ción en los sopletes de los talleres de joyería, hasta las grandes siderurgias, industrias químicas y centrales térmicas de electri cidad. -
La tabla 1 muestra el mercado de gas (natural y manufactu rado) de 18 países miembros de la I.G.U. (International Gas Union), señalando el consumo por separado para la producción de electricidad, aplicaciones domésticas y comerciales. Los datos
GAS NATURAL
36
37
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
se refieren al consumo del año 1973, excepto para Canadá y Ja
pón, que se refieren a 1971. Para cada aplicación, los datos están expresados en Tcal (1012 calorías), porcentaje del total y Gcal/pob.,
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o sea 109 calorías por habitante.
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Como puede apreciarse en los datos de la tabla 1, el consumo de gas en U.S.A. y U.R.S.S. representa el 78 °/o del total de los países considerados. Tomando el conjunto de dichos países, re sulta que el 20,7 % del consumo corresponde a la producción de energía eléctrica, el 46,5 % al sector industrial y el 32,8 % a los
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La tabla 2 detalla el gas vendido en 1973 para distintas apli caciones industriales en los mismos países de la tabla 1, expre sado en Tcal (millones de termias), así como en porcentaje del
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TABLA 2.— Ventas de gas en 1973 para distintas aplicaciones industriales en los mercados de los 18 países de la tabla 1
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no especificadas separadamente químicas (excluido prod. combust.) siderúrgicas y metalúrgicas metalúrgicas (prod. no férricos)
Productos minerales no metálicos ~h oí «S q
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Industrias Industrias Industrias Industrias
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Es indudable que el gas, debido a sus limitadas reservas, de bería utilizarse preferentemente en aquellas aplicaciones especí ficas en las que supone una gran ventaja en relación al uso de otros combustibles. Sin embargo, los problemas de transporte y distribución por tuberías obliga, a veces, a consumirlo en gran des centros industriales de marcha continua y en centrales tér micas, las cuales podrían utilizar otros combustibles a fin de conseguir una c\plol;i
f_r^l
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^-1
i
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
GAS NATURAL
38
C. Purkis, Presidente de la «Institution of Gas Engineers»
de Gran Bretaña, en el Congreso Internacional de Gas celebrado en 1976 aconsejaba las siguientes preferencias en la utilización del gas natural:
a)
En el caso de disponibilidad limitada de energía, el gas debería utilizarse preferentemente en aquellas aplicacio nes específicas para las cuales es más apropiado. En ge neral, ello corresponde virtualmente al conjunto de usos domésticos y comerciales y en los procesos industriales especiales que necesitan contacto directo con la llama. Solamente cuando estos mercados estén abastecidos, pue de extenderse progresivamente su utilización a otras apli caciones menos específicas, aunque económicamente in teresantes, para, finalmente, utilizarlo en aplicaciones donde otros combustibles menos nobles pueden emplear se igualmente bien, teniendo en cuenta que dichas ventas pueden ser necesarias para la economía de la explotación y distribución. En la mayor parte del mundo, la relación
demanda/suministro requiere la venta de ciertas propor ciones de gas en contratos interrumpibles. Naturalmente, ello es un deseo de perfección; la elección del combusti
ble apropiado en cualquier momento puede ser estricta mente limitada; las cargas de distribución tienen que ser
í(i
otra consideración.
el gas es el único elemento disponible. d) En cualquier discusión sobre la utilización del gas, no debe olvidarse al usuario. El ingeniero gasista no ha ter minado su misión, tras conseguir la óptima eficiencia y
promover la conservación de energía, hasta que se ha puesto en contacto y discutido el asunto con la persona que debe utilizar el gas. Para aclarar la expresión «usos específicos del gas», es decir, aquellos usos en que el gas es insustituible o debe tener prioridad, la Comisión de utilización de la IGU (International Gas Union) ha señalado los siguientes:
— Usos donde los gases de combustión entran en contac to directo con los productos elaborados.
a)
pan y pastas, hornos de grandes cocinas, hornos b)
c)
«el gas natural debe convertirse en electricidad única
d)
mente cuando no puede utilizarse para otros fines, o en
e)
b) Así como existen utilizaciones de gas que tienen priori dad, también hay sectores del mercado que deben aten
derse preferentemente, como la producción de energía total o el aire acondicionado basado en el ciclo de ab sorción.
Calentamiento directo del aire por el gas natural: ventilación y calefacción de locales industriales, torrefacción de café, cacao y nueces, cocción de
Ello nos lleva al uso del gas para producir electricidad. La Comunidad Económica Europea ha recomendado que casos de necesidades técnicas o económicas».
39
c) El concepto de; «eficiencia» en el uso del gas debe ser interpretado conuna amplia base de sentido común. Aun que la «eficiencia» debe, en general, fomentarse, otros factores pueden ser comparables o incluso ser de mayor importancia. Uno, es la selección de la óptima aplicación del gas a una determinada situación; otro, es el proyec to y economía de un sistema total de energía, en el cual
equilibradas; puede necesitarse una amortización más o
menos inmediata de las inversiones; deben conseguirse contratos de suministro a largo plazo; emergencias na cionales o prioridades pueden anteponerse a cualquier
i~i
industriales a fuego directo. Decoración del vidrio y porcelana.
Secado en general: té y productos farmacéuticos, productos agrícolas y de alimentación, tintas, pa pel, cartones y pinturas. Esmaltado a fuego directo.
Calentamiento de líquidos y fusión de aleaciones ligeras por combustión en tubos sumergidos. Com bustión sumergida directa: calentamiento de lí quidos, fusión y concentración de productos quí micos.
— Utilización del gas natural para producir atmósferas controladas.
^H
40
GAS NATURAL
— Utilización exigiendo un control muy preciso de la temperatura o de variaciones considerables de caudal. a) Pulido y moldeado de vidrio.
41
Para múltiples aplicaciones, el rendimiento de combus tión es superior al de otros combustibles, por permitir una
regulación perfecta y constante del exceso de aire para la
b) c)
Soldadura automática. Oxicorle.
d) e)
Secado por infrarrojos. Operaciones térmicas específicas:
— Los equipos y quemadores de gas son fáciles de limpiar y
— Calentamiento directo a la llama de matrices
— El contenido en azufre es muy bajo, y la combustión de
y moldes de fundición.
combustión, la cual puede reducirse al mínimo. de conservar.
gas no da lugar a residuos, formación de humos negros,
— Esterilización a la llama de latas de conservas.
cenizas o escorias; el gas natural no contamina la atmós
— Calentamiento rápido por medio de quemado res llamados de convección de piezas metá
fera.
licas.
— Temple superficial por caldeo directo de piezas metálicas al soplete. — Flameado y tostado de tejidos, torcidos, etc. — Soldadura de plásticos. — Oxicorte, soplete de orfebrería. v
2.2.
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
"^
Ventajas del gas natural
Las principales ventajas de su empleo son las siguientes: — El gas está disponible instantáneamente sin necesidad —como ocurre con otros combustibles— de bombearlo,
— El gas natural puede utilizarse por sí mismo para obtener una atmósfera inerte.
— Los gastos de mano de obra para la explotación y mante nimiento de los hornos se reducen al mínimo.
— La calidad de los productos puede mejorarse notablemen te al no existir peligro de reacciones químicas por la pre sencia de azufre, polvo u oxidación por exceso de aire a altas temperaturas.
— La productividad o la potencia de los hornos puede me jorarse, en determinados casos, debido a la flexibilidad del gas para adaptarse a una reducción del ciclo operativo. — La combustión del gas puede cesar instantáneamente tan
calentarlo o pulverizarlo: no hace falta adquirirlo con antelación, ni formar un stock de reserva para su empleo. Ello libera a la industria de importantes inmovilizaciones. El gas se paga al mes siguiente de haberlo consumido. — El caudal de suministro de calor es regulable, en una ex tensa gama de aplicaciones, con el simple accionamiento de una válvula o una espita. — La regulación automática es sencilla y precisa, mantenien do constantemente la temperatura o la presión al variar
Las desventajas del gas natural afectan más al suministrador que al consumidor, y provienen de la obligación del suministra
la carga. También puede obtenerse una determinada ley de
sario vender gas a los grandes consumidores industriales con carga constante, aunque sea para usos que no se benefician de sus
calentamiento siguiendo un programa preestablecido. — El calor puede aplicarse exactamente donde y cuando es requerido.
pronto como cese la demanda de calor de los aparatos de utilización, lo que le hace muy adecuado para cargas va riables e intermitentes.
dor de mantener unas constantes de suministro, cualquiera que
sea la carga de los consumidores. A fin de mantener un factor de carga elástico puede ser nece
ventajas específicas.
1
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i
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS 42
r*i
43
GAS NATURAL
2.3.
El problema del coste del combustible
Aparentemente, parece que el gas natural podría desplazar en la industria a otros combustibles sólidos o líquidos única mente cuando el precio de la termia (1000 kcal) resulte com
parable. Normalmente, el precio de la termia del gas es ligera mente superior al de los otros combustibles. No obstante, cuando
la calidad del producto a fabricar es primordial, o cuando el cos
te del tratamiento térmico representa un bajo porcentaje en el precio de coste del producto, tiene poca importancia el precio de
_ reducción de los gastos de mantenimiento yreposición de los refractarios;
j
UA*A He los nroductos o disminución de re-
- S^pSSff£ 522* «*•al fuego (ambien" te neutro o reductor); _ aumento de la potencia y productividad de los hornos;
_ gastos de amortización de las ****™£¿^ miento, preparación ytransporte de los combustibles. cuente desm.es de un estudio detallado ypreciso del conc__..i„ una decisión
Solamente aespues ut u>
la termia de combustible.
Este caso se presenta en la fabricación de cerámica fina de
corada, porcelanas y aislantes eléctricos, en el recocido y deco rado del vidrio, recocido brillante del acero, determinados trata mientos térmicos del acero, fabricación de productos químicos,
cosmética y productos alimenticios como pastelería y pan, así como en la producción de leche, café y huevos en polvo, etc.
En estos casos debe elegirse el combustible más puro y más cómodo, aunque resulte más caro.
Otros procesos industriales exigen el uso específico del gas:
de la termia del gas resulte más elevado. z>
2.4.
Consumo específico de gas en procesos industriales
El consumo específico de gas se define por el consmnade g,
de una instalación industrial por unidad ut.l de producción
tratamiento a la llama de aceros, temple instantáneo, oxicorte,
(M. Kg. n.° piezas).
generación de gases inertes, calentamiento por rayos infrarrojos, secado de papel, productos químicos y agrícolas, fusión de alea ciones ligeras por tubos sumergidos, combustión sumergida,
con!*"encalentar el material procesado para <*"%££» emociones físico-químicas deseadas, es decir, el nivel de tempe ^ZydeSormidad requeridos, en el tiempo mes corto posi-
industria textil, etc.
Finalmente, en los demás procesos térmicos industriales, la
elección del combustible no debe depender únicamente del precio de la termia del combustible, sino que deberán tenerse en cuenta otros factores, tales como:
— el precio del combustible por «termia útil», es decir, te niendo en cuenta el rendimiento de la combustión y del horno de tratamiento;
— posibilidad de recuperar el calor perdido por la chimenea, prccalcnlando el aire y el gas; — reducción de la mano de obra de manutención del com bustible y de explotación de los hornos:
El requisito básico de todo proceso industrial utilizando gas
ble ycon el consumo mínimo de gas.
Ello implica que la combustión de gas yaire debe efectuarse nk a utilizando los quemadores apropiados; que la plana u
en la proporción'conveniente para obtener una combustión^com-
Phmn; e^ícual el proceso térmico ^^^^^2 lor de combustión de la manera más efectiva al material trataao "minimtL pérdidas de calor externas; qu<= la '£« de calor se efectúe de la manera más eficaz y en la forma mas
Íropiada (radiación, convección oconducción); finamente que desoués del proceso, la mayor parte del calor posible sea recu Íerado del material procesado yde ios productos de la combuslion.
r~m^
r*!**^
V
44
G/1S NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
Estas cuatro condiciones pueden resumirse como sigue: — Uso de modernas técnicas, mayor control de la combus tión, equipo de modernos quemadores y mejor utilización
de la planta.
45
de calentamiento de grandes piezas para forja, se consiguió una disminución del 10 % de consumo de gas, incorporando un con trol de la presión dentro del horno (Austria). En un horno de
crisoles de fusión de vidrio se consiguió una economía del 16 %,
—Aumento de la transmisión de calor de la planta y también de productos tratados unitariamente.
- Reducción de las pérdidas de calor, especialmente por aisla
miento térmico de los aparatos y hornos en los que tiene lugar el proceso, y recuperación de calor de los productos de combustión y de los productos elaborados, mediante
regeneradores y recuperadores.
- Proyecto de instalación de aparatos o procesos especial
mente concebidos para el tratamiento térmico deseado, en
lugar de adaptar aparatos u hornos capaces de cumplir
üilcrenlcs requisitos en distintas operaciones.
mejorando y controlando las proporciones aire-gas de la com* bustión (Alemania Federal). Uso de quemadores apropiados
Aunque los tipos de quemadores han progresado mucho en estos últimos años, encontrándose actualmente en el mercado quemadores que cumplen los requerimientos específicos en cuan-, to a combustión y forma y dimensiones de la llama, todavía se utilizan hoy en día quemadores antiguos y poco' eficaces. Puede
conseguirse economizar combustible sustituyendo equipos anti guos de quemadores por otros más apropiados. Pueden encon
trarse ejemplos de sustitución de quemadores que han producido
Vamos a analizar cada una de estas condiciones. $>
mejoras de rendimiento: en un horno de calentamiento de lingote
de aluminio se obtuvo un 50 % de reducción en el consumo de
gas (Gran Bretaña); una economía del 24 % se obtuvo por el
2.4.1. Aplicación de técnicas modernas
mismo motivo en un horno de crisoles para fusión de aleaciones
tradEo TTn°{ adeCU,ad° ^junto 'aS Pr°P°rcion^ ^ aire-gas suminisy trado a los quemadores, con el control de la presión emperatura del horno, son esenciales. Aunque esas técnicas no son nuevas yla importancia de las mismas es ampliamente rcZ
nouda no se aplican todavía suficientemente. Desde \uc«ti c| conlrol apropiado de la combustión es, todavía, uno de los mé micsl.a la exper.enc.a, la incorrecta proporción o variación de
ÍrT^l,ü"' ^ , aS CantÍdadGS dC gaS yde ai- ocasión da
"naciones cn |a carga cs (odavía ¡a causa
™,rssui1,ü,s Tcííicos-Pür c,,ü'dcbcn «**'«™ -cponcela rrcct yi d.sponer V ,US|,n"n(,S' '*'ra —-'• «I la combustión es de mecanismos de reculación de la me/ch
de aluminio (Alemania Federal); y se obtuvo una economía del 51 % en un horno para calentamiento de piezas de acero antes de forja (Checoslovaquia). Mantenimiento
La falta de mantenimiento o conservación es causa de que
plantas bien equipadas trabajen con un rendimiento inferior al
que sería de esperar. Un ejemplo típico se presenta en recupera dores insuficientemente controlados, presentando pérdidas entre los productos de combustión y el aire de combustión; bajo precalentamiento del aire yfalta de control en las proporciones airegas (Austria). También se encuentran bajos rendimientos por deIcclos en el cerré de las puertas, grietas en las paredes del hor
.as-ane, manteniendo constante ,, proporción par, l,s chTc en '••'« variaciones cl« consu.no o de carga.
no, asi como por falla de tiro (Gran Bretaña)
En varios casos I,.- podido oonomizm••;»• más .l ? <<>..- ,,„ (.i
2.4.2. Incremento de la transmisión de calor
"istmio (l
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El calor es transmitido n ln<- m-Hfi-í-di- ii-»|.,,|,
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1
CONSWBRACONBS SOBRE EMPLEO DEL GAS GAS NATURAL
46
recinto de la estructura o laboratorio del horno, mediante un
conjunto de radiación, convección y conducción. Incrementando la transmisión de calor, disminuye, en general, el tiempo reque
rido para calentar y tratar los materiales sometidos al proceso. Ello supone las siguientes ventajas:
• reducir el tiempo de permanencia a determinada tempera
tura puede evitar o reducir efectos indeseables en el proceso
de los materiales, como es la oxidación o la decarburacion del acero;
o aumentar la uniformidad de temperatura dentro del horno, lo
que ocasiona una mejora en la calidad de los productos y disminuye el rechazo, como, por ejemplo, en las industrias cerámicas y fabricación de refractarios;
o la producción o potencia del proceso puede incrementarse, lo que permite aumentar las amortizaciones o requerir me nos espacio por unidad producida;
© el incremento de producción representa, normalmente, un incremento en la aportación de calor a los materiales por uni dad de tiempo, pero no necesariamente un incremento equi
valente de pérdidas de calor. Es decir: el consumo especifico de gas mejora.
Rccirculación de gases ele combustión
Un método para incrementar la transmisión de calor a los materiales consiste en aumentar la velocidad de circulación de los gases alrededor de los materiales en tratamiento. Este mé todo incrementa la transmisión de calor por convección, redu ciendo el tiempo de elevación o permanencia a una determinada
temperatura y aumentando la producción o potencial del horno.
Dicha técnica también promueve una mejor distribución de la temperatura durante el proceso y puede también ocasionar un aumento de calidad y vina reducción de rechazos.
Una manera tradicional de aumentar la velocidad de circula ción de los liases de combustión es el rec ¡ciado de lodo o parte de los mismo-; -drededor de la cania, por medio d«- cuidadores.
j-
*^*"i
47
*n el uso de quemadores
Otra técniea más reciente radica n
^ üpo de
dequemadores aÍta velocidad ^^¿* ™lapresión b°Ca " T es de o^ P^f^a «£no auna adecuada, dor del aire-gas *°*^**™£ La restringida cámara del quemado
ge efectua&una la comvelo.
tustión produce una *^*XZ* del chorro del quema cidad de 100 a200 m/s-™°f^clcvada rCcirculación dentro dor se utiliza para promover una
deí recinto olaboratorio del horno^^ Un ejemplo de aplicación ~"s^ a; de aUa velocidad
madores3 convencionales ^ ^^J, V^ piezas de^forja. Las ^ Uo dimensiones del ^^'X%U¿é*d queproducción reemplazabande 225 m, con 34 quemadores de alta otro; tantos quemadores^^^onsurZ específico de
Z un horno de calentamien opara ffan
piezas continuó siendo --^^Succión ^que representa gas se redujo de 65 nv/h a 5Cm^/n ejemplos:
una economía del 23 * (A»*n£ ^emo crisol para ia fusión una economía de un 41 %en un £*n de bronce ymetal -Moncl. (Francrn).
de acero (Gran Bretaña).
^ ^ Mn 0/ en
miento ydisininu.
^
Esta técnica, sin -dc»^ ^^^ *»•ser«<*T conseguir una mejora ^^^^s pueden muy ducondiciones operatonas, dichos que' desarrollada.y el dosos dada la alta intensidad de «omb
^ nQ
alto omedio nivel de ^^c.» ^ ^ quemadores, debe
es una característica del ™¿£ £j™tee\ posibilidad de
tcnerSe ^J ^^K su aplicación a un procc.
^ ^ ^
Aunque la mayoría de me o^cn y> especi ,. la carga se obtienen P°^"^°"Ua velocidad, pueden obmente, por el uso de ^ma^8 ^ consumo especifico de tenerse mejoras muy impo, tan^ muflas cambi gas suprimiendo barreras nnc^i»». & siendo d dores de calor, «lefa^
,„ combustión
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II
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^^l
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS 48
49
GAS NATURAL
Como ejemplo de las ventajas de la sustitución de ladrillos re
directa en gran número de aplicaciones. Por ejemplo: en los hor nos de cocción y decorado de productos cerámicos, en el esmal tado de piezas metálicas, en el recocido y decoración de vidrio
fractarios por fibras cerámicas aislantes, podemos citar un horno
en las «arcas», en el calentamiento directo del aire, en el secado
terial. El horno con los ladrillos refractarios disponía de 12 que
y preparación de productos agrícolas e industriales, en el calen tamiento por combustión sumergida, etc.
madores a plena potencia y necesitaba 15 h para alcanzar la tem peratura necesaria. Después de la sustitución del revestimiento, con solamente 10 quemadores a 2/3 de la potencia, empleaba
También la importancia de la temperatura entre el medio ca lefactor y el material procesado puede mejorar sensiblemente el consumo específico. Se obtuvo una mejora de un 29 % en el seca do de papel por rayos infrarrojos, incrementando la temperatu ra de la superficie radiante de los paneles de 800 a 1 100 °C (Ho
intermitente de 3 m X 4,5 m de sección para recocer piezas de
acero y para normalización, destruyendo las tensiones en el ma
solamente 5 h en alcanzar la misma temperatura (USA). La eco
nomía térmica conseguida con la modificación equivalía a una mejora, en el consumo específico de gas, del 82 %. El aislamiento térmico de hornos no es ninguna novedad téc
nica, pero la disponibilidad en el mercado de nuevos materiales
landa).
Están siendo estudiadas otras técnicas para incrementar la transmisión de calor, como por ejemplo el uso de combustión pulsada en la industria cerámica (Holanda); la combustión en el lecho fluidificado para la calcinación del yeso, utilizando un tipo de quemador de combustión sumergida (Gran Bretaña). .O
2.4.3. Prevención y recuperación de calores perdidos
Probablemente, la manera más práctica de mejorar la efica cia de una planta u horno y el consumo específico de gas, es la máxima recuperación posible del calor suministrado y que no se utiliza expresamente en el material tratado. Estas pérdidas se presentan a través de la estructura misma del horno, como calor
arrastrado fuera del mismo por los materiales descargados y, principalmente, por el calor contenido en los productos de com
aislantes, más eficaces y con nuevas propiedades, permite me
jorar el consumo específico de gas, adoptándolo convenientemen te en hornos ya existentes.
Recuperación de la carga térmica
La extracción y reciclado del calor contenido en el material tratado, es general y tradicionalmente empleado en procesos de tipo continuo para precalentar el aire frío de combustión o para el secado de materiales tratados separadamente. Un ejemplo tí
pico se encuentra en el secado, antes de la cocción, de ladrillos y productos cerámicos, utilizando el calor tomado del horno; en el secado, el material cocido está sometido a un proceso de en friamiento. Ese calor, arrastrado por el aire o por gases de com bustión, es transferido mediante ventiladores y conductos a la cámara adjunta de secado.
bustión que se evacúan del horno. Recuperación de calor de productos de combustión Aislamiento
La sustitución de ladrillos refractarios por ladrillos aislantes y, recientemente, el empleo de aislantes ligeros o fibras cerámi
cas aislantes, es uno de los medios más eficaces para evitar pér didas de calor debido a la estructura del horno o aparato térmi co y por sus fundaciones, reduciendo el calor transmitido a la
atmósfera por las paredes y bóvedas, así como reduciendo la masa térmica de las mismas. El primero tiene más importancia en procesos continuos y el segundo en procesos intermitentes.
Hay dos métodos tradicionales para la recuperación de calor de los gases de combustión. El primero es el proceso continuo, donde los materiales a tratar se secan o precalientan a la salida de los gases: por ejemplo, en los hornos de empuje para calen tamiento de tochos de acero. El segundo método consiste en el uso de regeneradores de inversión o recuperadores continuos, donde se precalienta el aire de combustión y, a veces, el gas na tural, a expensas de los productos de combustión antes de lanzar-
!
50
GAS NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
51
los a la atmósfera, con lo que parte de los calores perdidos se reincorporan al proceso.
Debido a que el gas natural está normalmente exento de azu fre no se crean problemas de corrosión con la condensación de
productos de combustión cuando éstos se enfrían por debajo del punto de rocío en los recuperadores. Con la combustión del gas natural es posible obtener temperaturas bajas de evacuación de humos, sin crear dificultades o problemas. La recuperación de calores perdidos de los producios de com
bustión es, probablemente, la fuente principal de mejoras del
consumo específico de gas; a título indicativo debe indicarse que a una temperatura de salida de los gases del laboratorio del hor
no de 1000 °C. conteniendo un 10 "í. de exceso de aire, se pierde el 50 % del calor desarrollado.
Pero se pueden obtener además otras ventajas: calentando
rador de calor, precalcntando el aire de la combustión. El resul tado de esas modificaciones fueron un incremento de producción
de 4 a 10 t/h y una mejora del consumo específico de 4,4 a 3,4/3,8 MJ/kg. Además, las pérdidas al fuego por oxidación se redujeron sensiblemente (Alemania Federal).
Otros importantes resultados en la recuperación de calores perdidos en los humos, se han conseguido con el empleo de tubos radiantes para procesamiento de materiales, y con los que madores recuperativos de alta velocidad, en los que los hu mos prccalienlan el aire de combustión en el mismo quemador. Ejemplos de mejoras por el empleo de este tipo de quemadores se tienen en hornos intermitentes para la cocción de cerámica, con una economía de 32 % en el consumo de gas; en un horno de crisoles para fusión de aleaciones de aluminio, la economía fue del 30-60 °-b.
el acero con gas natural, empleando como aire comburente sola
mente el 50 % del requerido por la combustión eslequiométrica, la oxidación de la superficie y producción de cascarilla puede re
ducirse o eliminarse completamente (ambiente reductor), pucliendo proporcionar grandes benclicios, especialmente cuando se tra tan aceros especiales costosos. En este caso se presentan, sin embargo, dos problemas:
• el 50 °ü de aire de combustión eslequiométrica no permite alcanzar las altas temperaturas requeridas pata los procesos térmicos de laminación, Forja, estampado, etc.;
el rendimiento térmico por inquemado es muy bajo.
Sin embargo, si se precalienla el aire de combustión y el gas a unos 600 °C, y si los gases inquemados que se evacúan del horno
se terminan de quemar antes ele introducirlos en el recuperador, se resuelven ambos problemas. Es decir, se evita la oxidación del
acero y se obtiene un excelente consumo específico de gas. Un ejemplo de esta técnica se ha aplicado a un horno rotativo
de 1.5 m de- diámetro para tratamiento de aceros de alia calidad,
modificando ligeramente la estructura del homo y quemando los
gases inquemados obtenidos en la combustión en el ¡ionio del gas natural con el 50 ",. del aire teórico, antes de entrar en im recupe-
2.4.4.
Procesos y hornos especialmente concebidos para empleo de gas
Evidentemente, los aparatos y hornos proyectados para el uso de gas como combustible, utilizados únicamente para las ope raciones para las que fueron concebidos, automatizados al má ximo y compatibles con el proceso, presentan mejoras en el con sumo específico de gas si las comparamos con las tradicionales técnicas de caldeo.
Un ejemplo típico son los hornos de cocción de cerámica sa nitaria construidos especialmente para dicha operación térmica utilizando gas natural. Un horno túnel de 120 m de longitud,
3 m de ancho y 3,5 m de alto, con la carga progresando en vago netas, con solera revestida de refractario, fue sustituido por va rios pequeños hornos túnel de 35 m de largo, 2 m de ancho y 1,5 m de alto, calentados directamente por gas natural, donde los materiales progresan empujados en placas fijadas en el horno. La producción por horno se redujo de 960 kii/h a 205 kg/h, pero
el consumo específico de gas pasó de I 926 a I 600 kcal/kg. En la medida que se emplean mejor o peor las cuatro con diciones que acabamos de examinar, el consumo específico de gas o de calor por tonelada de producto tratado, será menor o mayor.
52
GAS NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
Consumos específicos de gas Industria / Proceso / Horno / Planla
Atitulo onentativo, en la tabla anterior se indican los consu
kcal/kg
Fusión / Homo reverbero Sinterización
Calentamiento lingote / Carga fría .
Carga caliente
Ca untamiento palanquilla /Continuo/Homo empuj. rorja / Horno de cámara Horno rotativo
Calentamiento extremo barras Carburación / Baño sales
Normalización / Continuo
Temple
Esmaltado/ Continuo 2.
Aluminio Fusión / Crisoles Moldeo / Crisoles
Extrusión/Tratamiento a la llama 3.
,
Fusión
Moldeado/ Empuje Zinc Galvanización
5.
Cerámica
Ladrillos/ IloITmann Horno túnel
Gres / Horno túnel 6.
30
400 -
660
210360-
250 450
800 - I 300
400575-
800 760
290335480-
550 400 710
190-
950
960-1400 290- 330 550-1 100
840- 1 100 190- 330
290-
550
380310-
480 450
480 - 1 800
1 500 - 2 400 2 400 - 3 800
Crisoles Recocido
70-
120
Cemento
Horno rotativo/Vía seca Vía húmeda
800- 900 100-1 600
8. Cal y yeso Horno' vertical Horno rotativo
Calcinación yeso 9.
1 100-1 150 1 250 - 1 300 190- 350
Secadt)
Por pulverización de líquidos
Secado arenas de Fundición / Tambor rotativo 10. Alimentación Cocción de pan Cocción de pastelería Tostado de café
Las grandes diferencias en los consumos en una misma ope
ración, dependen, además de cómo se cumplen las cuatro condi
ciones citadas, de ios factores siguiente: •
050-1 400 50100
285240 -
290 500
290 -
400
Calidad de la primera materia.
• Diferencia de calidad de los productos terminados. • Tamaño y tipo del horno o planta. •
Vidrio
Fusión / Balsa
7.
tratado) de las principales industrias, según proceso, tipo de
880-1 240
Cobre
4.
mos específicos de gas (expresados en kcal por kg de producto
horno o planta.
1. Hierro y acero
,, .
53
Carga de la planta.
i
mm
—*
CAPITULO III
Distribución, equipos y redes 3.1.
Distribución de gas natural
La distribución de gas natural desde los centros de produc ción: pozos de extracción o plantas de regasificación, hasta los diferentes centros de consumo, requiere la instalación de una
red de tuberías, tendidas bajo tierra, que lo transporte hasta las distintas regiones y lo distribuya después en cada región hasta los puntos de consumo. En Europa existe en cada país una extensa red de tuberías de transporte o gasoductos; interconectados entre sí de forma que el gas natural de los yacimientos de Holanda en el mar del
Norte puede llegar hasta todos los países de Europa Occidental (excepto España y Portugal). Igualmente, dichos países están interconectados con los yacimientos de gas natural de la URSS, de Sibcria, a través de Checoslovaquia, Austria, etc. En España, donde Catalana de Gas y Electricidad, S. A., con su filial Gas Natural S. A., fue la «pionera» en la distribución de gas natural, se recibe éste del extranjero (principalmente de Li
bia y Argelia), en forma líquida a 160° bajo cero, transportado en barcos metancros hasta la planta de almacenamiento y rega sificación que se estableció en el puerto franco de Barcelona, desde donde, por medio de tuberías, se distribuye a toda la zona comprendida en un radio aproximado de 50 km a partir de la planta.
TI
rs=*t
^
r—1
—*|
DISTRIBUCIÓN'*EQUÍPOS Y REDES
GAS NATI/KAZ,
56
La Empresa Nacional de Gas, S. A. (ENAGAS), que se cons
tituyó en España para la gasificación del país, mediante el ten dido de una red nacional de transporte de gas, adquirió a Gas
Natural, S. A., su planta de regasificación de Barcelona y llevó a cabo el proyecto de transporte de gas natural hasta Valencia
por una parte y hasta San Sebastián-Irún y Bilbao por otra. El gasoducto del Norte que deriva del de Levante en Tivisa (provin cia de Tarragona), remonta paralelo al río Ebro pasando por Zaragoza, Tudela y Vitoria para bifurcarse más adelante en dos ramales: uno que terminaría de momento en Bilbao, con posibi lidad de extensión, y otro que, pasando por San Sebastián, ter minaría en Irún para su posible conexión con la red internacional
57
Las redes regionales o secundarias están alimentadas median te «arterias» y estaciones reguladoras de presión, que reducen la presión de transporte a límites más bajos (normalmente 25 kg/cm2) y distribuyen el gas a la red de distribución regional, de donde derivan, mediante nuevas estaciones reductoras, los ramales a las distintas poblaciones para usos domésticos y comerciales, así como a las distintas industrias.
Cada centro de consumo, alimentado por la red regional, re
cibe el gas natural a la presión variable de distribución y la re-
europea.
ENAGAS tiene también solicitada concesión administrativa
oltapreiión |
y está en fase de construcción el gasoducto de transporte desde
• media presión
I
Burgos hasta Valladolid y Madrid con antenas en las provincias de Palencia, Segovia, Toledo, Guadalajara. Igualmente ha conec tado con los yacimientos de gas descubiertos en Serrablo (Huesca)
'
.ESTACIÓN DE REGULACIÓN
y en el golfo de Vizcaya, así como con los que puedan descubrirse
PUNTO DE CONSUMO
&
en el futuro y que sean explotables económicamente.
En cada región, una serie de arterias derivadas de la red de transporte o gasoducto, distribuirá mediante redes secundarias, regionales, provinciales o locales, el gas hasta las poblaciones, po lígonos y centros industriales para alcanzar los puntos de consu mo de forma similar a como se distribuye la energía eléctrica. Compele a las empresas privadas la construcción y explotación
REO DE DISTRIBUCIÓN
RAMAL DE ABONADO
de dichas redes secundarias. Únicamente en defecto de la inicia
RED DE TRANSPORTE
tiva privada o si el Gobierno apreciase la existencia de un interés nacional, podría ENAGAS realizar tales operaciones.
^EST ACIÓN
REGULADORA DE USUARIO
La red de transportes, construida de acucíelo con técnicas nor malizadas para este tipo de instalaciones, tales como la de la Ame rican Standard Association (ASA) o del American Petroleum Ins
tituí (API), trabaja a presiones elevadas (hasta 70 kg/cm2), y transporta cantidades importantes de gas en tuberías cuyos diá metros son función de los caudales de fluido transportado. Una serie de estaciones de recompresión, estratégicamente colocadas, elevan la presión sistemáticamente para compensar las pérdidas de carga del transporte.
PLANTA
RED INTERNA DE DISTRIBUCIÓN EN INSTALACIÓN DEL USUARIO
Fig. 12.— Esquema de las redes de transporte de gas, arterias, redes de distribución v redes internas del usuario.
¿
"*™f
GAS NATURAL
58
duce a un valor constante propio para la alimentación de una red interna, hasta los distintos puntos de consumo que, a su vez, DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
están equipados con sus órganos de regulación, seguridad, que madores y accesorios. El conjunto de equipos e instalaciones, montados sobre la superficie del terreno, y conectados por un lado a las arterias y por el otro a la red interna de la industria
Categoría de la
Presión suministro
instalación
59
Características
(bar)
mínimas
o centro de consumo, se denomina «estación receptora de gas».
En la fig. 12 están representadas esquemáticamente la planta de regasificación de gas, la del transporte, las arterias de alimen
Media presión A (MPA)
0,05 a 0,4
PN6
Media presión B
0,4 a 4
PN10
tación de las redes de distribución secundarias, provinciales o
(MPB)
regionales, mediante estaciones de regulación, de cuya distribu
Alta presión I
hasta 16
PN 25 o ANSÍ 150
Alta presión II
> 16 hasta 45
PN 64 o ANSÍ 300
ción derivan las distintas antenas para alimentar una población o polígono industrial. Toda población o industria irá provista a su entrada de una estación receptora. A la salida de la misma, una red interna de distribución conducirá el gas hasta los pun tos de consumo.
Cada categoría se clasifica a su vez según los caudales nomi nales de gas Nm3/h m:
3.2.
Caudal ^
Estaciones receptoras
Las «estaciones receptoras», denominadas así para distinguir las de las «estaciones reguladoras» de las arterias que alimentan las redes regionales de distribución y de los «grupos de regula
ción» que alimentan los quemadores, constan de una serie de instalaciones y equipos situados al aire libre o en locales cerra dos independientes que, respetando normas prefijadas de seguri dad y eficiencia, tanto en su disposición como en calidad de ma teriales y características de los mismos, filtran el gas natural reci bido de la red de distribución, lo calientan (si es necesario) para
150 Nm3/h
> 150 Nm3/h <3 000 Nm3/h ^3 000 Nm3/h
Existen distintas normas en varios países sobre la constitu ción de las estaciones compresoras.
En España recomendamos las establecidas por la Empresa Nacional de Gas (ENAGAS).
En general, la composición de las estaciones receptoras se ajustan a los esquemas generales de las figs. 13 y 14, según que correspondan a estaciones de servicio interruptible o de servicio
compensar el enfriamiento producido en la expansión en el regu lador de presión, reducen su presión en dicho regulador, y lo
continuo, adecuándolas a las necesidades de cada usuario.
miden inmediatamente después, en condiciones fijas de presión
Estos esquemas se simplifican suprimiendo algún elemento según la categoría de la estación y los caudales que circulan
y temperatura.
Las estaciones receptoras se clasifican según la presión sumi nistrada y según sus caudales. Según sus presiones se clasifican en las siguientes catego rías:
por ellas. Esencialmente las estaciones de servicio interruptible están
constituidas por una sola línea de regulación, con válvula lami nar de bipaso y las de servicio continuo por una doble línea en paralelo, ambas de la misma capacidad, figurando la segunda como reserva. En algunos casos, la segunda línea se deja siem pre abierta y se tara a una presión ligeramente inferior a la pri-
©®
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© 0 ® ©®1
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DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
IIV "H^hnHX>líJV^HI
1
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\h®(
j.
WfWIhi
(A) distancia mínima 20 D
(B) distancia mínima 10 D
Fig. 13. — Esquema de las estaciones receptoras de gas de alta presión y servicio interruptible. • 1. 2. 3.
Válvula de accionamiento. Junta dieléctrica. Manómetro.
16. 17. 18.
probación. 19. Registrador gráfico de presión
4.
Válvulas de cierre.
5.
Filtros.
6.
Válvulas de cierre.
7.
Manómetro diferencial.
8. Válvula de seguridad de máx. y mín. Piloto o monitor de mando del
11. Válvula de purga de presión. 12. Válvula de seguridad de resorte.
26.
Manómetro.
Termómetros. Contador.
22. Válvula de by-pas contador (precintada). 23. 25.
13. Válvulas de laminación.
Válvulas de cierre. Válvula de cierre. Manómetro a tres vías de com
v temperatura. 20. 21.
regulador. 10. Regulador de presión.
14.
piloto); válvula de escape o alivio (segunda seguridad de máxi ma); y, finalmente, contador. Las líneas estarán provistas de dos juntas dieléctricas, una a la entrada y otra a la salida para aislar eléctricamente la estación receptora del resto de tuberías; una toma de tierra, un conjunto de válvulas de bipaso y de cierre, y conjunto de manómetros y termómetros.
Tanto en el caso de línea única como en^e>de*doble línea en paralelo, el contador será único, permitiendo- el contaje tanto de una línea como de la de reserva. Un bipaso precintado por la compañía distribuidora de gas, y una brida ciega, permitirán, en caso de bloqueo del contador por avería, romper el precinto, retirar la brida y dar paso al gas por el bipaso, avisando a la compañía del incidente.
Diafragma para medición de volumen inst. (comprobador). 27. Escape a la atmósfera. 28. Intercambiador de presión.
presión al cierre.
En el proyecto de las estaciones receptoras, se deberá te ner en cuenta los siguientes extremos:
• presión mínima del gas suministrado; • presión máxima del gas suministrado;
• pérdidas de carga en tuberías y elementos que integran la ins 1
(»)(S)(»)rr) © (i> (S)ra)<íi)
talación;
/-N
(*> (3) (ís) (S)(3)
Iii'
—XH
frías, siendo obligatorio en las estaciones de la categoría II); válvula de seguridad de máxima y mínima presión (incorporada
Válvula de cierre final. Puesta a tierra.
15. Válvula de seguridad de sobre-
Q(J)0)G) 0
Cada línea constará de: uno o dos filtros (para permitir su limpieza sin interrumpir el filtrado); cambiadores de calor (sólo necesario para reducir la presión en más de 10 bar y en zonas
o no al regulador), regulador de presión (con o sin monitor o
é © ©
9.
61
JY^f\ ^^ÍHI-ir-IXlHá^^^^^-1^: íp
(h)(h)
(3) (?)
±í r, i ,
• salto de presión (AP) disponible en la línea de regulación; •
presión de utilización;
• caudales horarios de gas.
Estos extremos determinarán la capacidad y tipo de todos los aparatos.
A la entrada del ramal de abonado al límite de la propiedad se situará una válvula de seccionamiento de apertura y cierre rápidos, a la que tendrá acceso la Empresa suministradora de
-b
w
^-HErjIEQ
gas. Junto a la estación receptora del usuario se coloca otra vál vula de cierre rápido (válvula de bola), a distancia conveniente de
dicha estación, de forma que, caso de siniestro en la misma, pue da maniobrarse sin peligro.
62
GAS NATURAL
3.3.
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Equipos de aparatos y valvulería
63
Como hemos visto en los esquemas anteriores, las estaciones receptoras están compuestas de una serie de aparatos y válvulas, cuyas características vamos a describir someramente: Cartucho
Intercambiable
3.3.1.
Filtros
El filtro tiene por objeto retener el polvo, agua, aceite o im purezas de arrastre transportadas por el gas en las tuberías, de
forma que no sólo retenga las partículas más pequeñas, sino que
Salida,
lo haga provocando una pérdida de carga aceptable. El liltro se
Entrada
gas
coloca a la entrada de la estación receptora y antes de los regu ladores. Es uno de los elementos básicos de la instalación, que
Entrada gas"
evita el depósito de polvo o impurezas en los asientos de las
gas
rt^ Grifo de purgs
válvulas, en los obturadores de los reguladores, y también en los inyectores de los aparatos de utilización.
Los filtros de las estaciones receptoras, que trabajan a la presión de la red de alimentación, son siempre cilindros con el
elemento filtrante en forma de «cariucho». El cuerpo exterior del filtro está formado por un cilindro de acero, provisto de las
tuberías de entrada y salida de gas. de una tapa o registro que
permita sacar el cartucho filtrante fuera del mismo para su lim
Anillos -Raschig"
pieza y de un grifo de purga (y de descompresión) para extraer
Fig. 15. —Ejemplo de diferentes tipos de filtros utilizados
la posible agua de condensación. El cartucho filtrante propia mente dicho está constituido por un cilindro de chapa perforada
cu Jas instalaciones de gas natural.
alrededor del cual se adapta exteriormente el material íiltrante formado por un filtro o libra sintética. Los filtros deben estar equipados con un dispositivo de manómetro diferencial entre la
El calibre del filtro se determina por el tipo de gas, por la pre sión de servicio máxima y mínima, por el caudafmáximo a fil trar, por la pérdida de carga admisible y por el tamaño de las
entrada y salida de gas, que permita controlar la pérdida de car ga. El gas penetra en el filtro entre el cuerpo exterior y el cartu cho íiltrante, y sale por el centro del mismo después de filtrado (véase lig. 15). El elemento filtrante debe de tener una capacidad
partículas de impurezas.
El filtro debe cumplir los requisitos específicos en el Regla mento de recipientes a presión, y debe estar provisto de la placa
de timbrado por las Delegaciones Provinciales de Industria.
mínima de 2 era2 por cada Nm3 de capacidad horaria de la línea.
El filtro debe retener, en función de la granulometría de las im purezas:
polvo:
98 % hasta 5 mieras,
agua:
100% hasta 20 mieras.
I
3.3.2.
Válvulas de cierre
Las válvulas son siempre elementos imprescindibles de toda instalación, ya que afectan a la manutención, entretenimiento v reparación de eventuales averías.
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GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Su misión es la de aislamiento de los aparatos o de la regula ción manual. Las cualidades que se exigen a las válvulas son:
Las válvulas de macho cónico tienen un ¡difícil ajuste para altas presiones, debiéndose conseguir la estanquidad introdu ciendo por el tornillo de alimentación grasas consistentes a pre
64
• •
cierre estanco (interno y externo); apertura o cierre suave y, en algunos casos, rápida (un cuarto de vuelta); entretenimiento mínimo;
resistencia al desgaste mecánico y químico; resistencia a la presión de servicio.
65
sión que, poco a poco, penetran por arrastre en la canalización. Su apertura y cierre es suave y rápido.
Las válvulas de laminación tienen por objeto regular un cau dal de gas o su presión por estrangulación del paso del gas, y están concebidas para obtener una obturación progresiva. Su presión normal de servicio está comprendida entre 10 y 70 bar.
Todas las válvulas de las estaciones receptoras deben ser de acero, admitiéndose tan sólo válvulas de fundición, en determi
nadas condiciones, en la zona de baja presión. Sus diámetros deben corresponder a los de las tuberías o aparatos a las que van
unidas, y sus presiones nominales de servicio deben correspon der a las de trabajo máximo. Las válvulas podrán ser: válvulas de compuerta; válvulas de mariposa; válvulas de bola; válvulas de macho cónico; válvulas de laminación.
No vamos a describir dichos tipos de válvulas, ya que son su ficientemente conocidas por el lector. No obstante, señalaremos alguna de sus peculiaridades.
Las válvulas de compuerta resultan de tamaño considerable y de maniobra lenta. Es difícil conseguir una buena estanquidad, a la larga, tanto en la cuña de cierre, como en su eje, cuya esto pada debe apretarse periódicamente y cuyo husillo roscado debe engrasarse para evitar oxidaciones y agarrotamientos.
Las válvulas esféricas de mariposa y las de bola permiten obtener una sección de paso igual a la de la tubería y, por tanto, una pérdida de carga prácticamente nula; su tamaño es reduci
do, y el par de maniobra, débil; el cierre y apertura son rápidos, por un cuarto de vuelta, y su mantenimiento es prácticamente nulo.
3.3.2.1. Elementos a tener en cuenta para la elección y montaje de una válvula
El instalador o el utilizador que consulta a un fabricante de
válvulas, debe tener en cuenta los siguientes parámetros para su elección:
a)
naturaleza del gas;
b) c)
presión máxima de servicio; diámetro nominal;
d) pérdida de carga interna a plena abertura; e) sistema de empalme a las tuberías (roscado, bridas);
f) dispositivo de maniobra de la válvula (volante cuadrado); g) condiciones de instalación y posibilidades de manteni miento (riesgo de bloqueo de su accionamiento por el hielo, engrase de las válvulas de mando giratorias lubri
ficadas, sistema de estanquidad hacia el exterior, prensaestopas, junta tórica, etc.).
En general, en una instalación interior industrial se puede limitar a elegir una válvula del mismo diámetro nominal que el de la canalización donde debe colocarse.
Sin embargo, conociendo la pérdida de carga interna, se pue de, en ciertos casos, escoger un calibre de paso inferior al diá metro nominal de las tuberías. Esta solución puede aplicarse a las tuberías de gas a media presión (por ejemplo, a partir de un bar), que, dado el elevado precio actual de las buenas válvulas, puede resultar económicamente justificado.
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DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
66
67
Generalmente, los fabricantes de válvulas pueden indicar la
pérdida de carga de la misma en su equivalencia expresada en Cabeza de disparo
metros lineales de la tubería del mismo diámetro nominal.
Las válvulas deben instalarse en lugares no peligrosos para su maniobra, fácilmente accesibles y con espacio suficiente para su accionamiento o desmontaje eventual.
Enclavamiento del
fr j] j¿^ """"" contrapeso ijaL^-* ^ Contrapeso
Cuando en el cuerpo de la válvula figura una flecha indican do el sentido de circulación del gas, debe respetarse ésta en su montaje. En una válvula de asiento (aun en caso de ausencia de flecha),
debe montarse de forma que el sistema de estanquidad hacia el exterior (prensaestopa, junta tórica, etc.) no quede en presión cuando la válvula está cerrada; es decir, que en posición de cierre, comunique con la salida y no con la entrada.
-
J
Palanca de rearme
, Sentido de basculación
de contrapeso
en posición de válvula abierta
del contrapeso
Sentido de basculación
de la palanca
Vastago de enganche Eje solidario de la palanca de rearme y del vastago de enganche arrastrando
El sentido normal de cierre de las válvulas es el de las agujas
del reloj. Debe evitarse absolutamente la utilización de válvulas que no respondan a esas condiciones. En cualquier caso, deberán respetarse las informaciones e instrucciones del fabricante. Las válvulas pueden ser accionadas automáticamente en lugar de a mano, y su accionamiento puede ser eléctrico (electromag nético o motorizado), hidráulico o neumático.
Dichas válvulas son del tipo de cierre a falta de energía
el obturador batiente Disco de control
Obturador batiente
solidario del contrapeso
en posición abierto Palanca de rearme
Cuerpo
en posición cerrada
Fig. 16.— Válvula de seguridad.
(eléctrica o fluido de mando).
En función de la naturaleza de los aparatos de utilización colocados detrás, se puede admitir o no después del cierre por falta de energía de mando, la reapertura automática cuando vuelve dicha energía (caso de cortes de corriente). 3.3.3.
Válvulas de seguridad
En muchos reguladores de presión estas válvulas están incor
poradas a los mismos. Deben ser perfectamente estancas en po sición desarmada, y su precisión de funcionamiento en el desar me debe ser inferior a ± 2 %. Como doble seguridad, para caso de anormal funcionamien to del regulador de presión (oscilaciones, rotura de membra
na, etc.) se coloca a la salida del mismo una válvula de seguridad
de resorte —parecida a las válvulas de seguridad de los genera
Son válvulas interceptadoras automáticas, de rearme manual, de máxima y mínima presión a la salida del regulador, situadas antes de éste, y que garantizan el cierre en caso de sobrepresión o de presión insuficiente. Un obturador, accionado por un brazo a través de un mecanismo de contrapeso, cierra el paso del gas cuando la presión en la cámara del piloto del regulador, tarado
el exceso de presión. Dichas válvulas deben poder permitir la des carga del 100 % del caudal total de la instalación. Apertura to tal, asegurada para un 20 °/o de sobrepresión. Cierre, a un 90 %
para presión máxima y mínima, alcanza dichos valores (fig. 16).
de la presión de abertura.
dores de vapor— que deja escapar a la atmósfera, mediante un
tubo de descarga que sobresale del techo de la estación receptora,
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GAS NATURAL
68
3.3.4.
Reductores. Reguladores de presión
Los «reductores» de presión son aparatos que reducen la pre sión de gas P a la entrada del aparato, a una presión P' inferior a la salida del mismo. Ello es debido a la pérdida de carga creada por la corriente gaseosa, al hacerla pasar por un orificio de sección S inferior a la del paso de gas a la entrada y salida del
DISTRIBUCION, EQUIPOS Y REDES
69
bería de entrada o salida del aparato, según se quiera mantener constante la presión de entrada o la de salida del mismo.
Cualquier variación de presión que se produzca en esos pun tos hará subir o bajar la membrana, que por medio del vastago solidario abre o cierra el paso S del gas, restableciendo la presión deseada.
aparato.
El aparato más sencillo está constituido por un orificio, más o menos descubierto por un obturador (válvula o grifo), manio brado a mano, para obtener la presión deseada.
Según el régimen de derrame de un gas a través de un orificio de sección S, existe una relación entre la presión de entrada P, la presión de salida P', y el caudal másico (o caudal Q0 del gas, expresado en las condiciones normales de temperatura y pre
Regulación a presión constante de la presión de salida
Dirección de cierre de la válvula
P -
tí
sión).
Igualmente, cualquiera que sea una de las presiones (entrada o salida) y el caudal de gas, existe un valor de la sección S que permite fijar la otra presión (a la entrada o salida al valor de seado) dentro de los límites de funcionamiento del aparato.
Se ve también que la idea de reductor no puede separarse de la idea de regulación; en efecto, si el objeto principal del apa rato es el de reducir la presión del gas, la presión de salida del mismo que se desea obtener deberá mantenerse dentro de cier tos límites, lo que implica un regulador; por el contrario, si el objeto principal del aparato es el de regular una presión, eso no puede lograrse más que por una caída de presión a través del
aparato, lo que implica un reductor. Cualquiera que sea el obje tivo del aparato, este es un reductor-regulador comúnmente co nocido con el nombre simplificado de «regulador». El principio de funcionamiento de un regulador está cons tituido (fig. 17) por un equipo móvil provisto de un obturador cerrando más o menos el paso de la sección S; una pared deformable y estanca sobre la cual se ejerce una fuerza (peso, muelle o piloto); un vastago, dcsli/anle en una junta estanca .1, solida rio de la membrana y del obturador y. finalmente, un tubo de comunicación C en!re el espacio debajo de la membrana y la tu-
Regulación a presión constante de la presión de entrada
>V
p>•p
=^V
*~p'
Fig. 17.— Principio de funcionamiento de un regulador. La tubería C conecta la cámara del
regulador con un punto de la salida
donde se quiere tener una presión constante. Para cualquier caudal compatible con las características del regulador, la válvula toma una
Esquema simplificado (1).
Disposición para eliminar las per turbaciones de la presión a la entrada del gas en el regulador. La válvula en este caso está so
posición de equilibrio bajo el efecto
metida a la acción de la presión
de las fuerzas actuando sobre la
de entrada.
membrana (contrapeso, muelle, pre sión piloto) y las fuerzas actuando
(1)
Esquema que puede completarse en
en sentido contrario (presión del gas
la práctica con una pared y una junta J
sobre la cara inferior de la mem brana).
una tubería C
como la de la figura de la izquierda y conectada con la entrada
del regulador.
Las distintas presiones en el transporte y distribución de gas, así como en la alimentación de los quemadores de los usuarios,
exige la instalación de reguladores de presión cuya función espe cífica es:
•
Reducir la presión del gas al límite deseado.
•
Mantener prácticamente constante y sin oscilaciones dicha presión reducida, aunque varíe entre ciertos límites la pre sión a la entrada del regulador y se mantenga un campo de caudales dentro de límites definidos.
70
GAS NATURAL DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Las cualidades que debe reunir un regulador son-
71
• Límites de presión y de caudal: Todo regulador-reductor fun ciona siempre entre dos límites:
presión de salida
P ' " reg,mCn I*™»™'», la misma
# hPrenda1Cif" *• "" reBU,"dor es,i —«erizada por s¡ón ^ z ^.r^s^'Ty mí"i,nosdcldc»P»~to ,a pypor codosilos^a?orcs deX nn "• de!cm,"»d» correspondienees a^Vo dP::ári:c1riha^ y* ^
' nr:frnice^gr„crrde ,as *»«»*«*- mecá.
• De presión de entrada: presión máxima de servicio (infe rior a la presión nominal en general) y presión mínima de funcionamiento.
•
De caudal: desde el cierre hasta la abertura máxima del
obturador, el caudal va aumentando, y su máximo es fun ción dc las dimensiones geométricas del obturador y de las condiciones de presión. •
De presión de regulación: cada reductor está concebido para proporcionar una cierta gama de presiones de salida.
Según su manera de funcionar, los reguladores-reductores son
de. apara. S T í S^laY" T"^"^ «z* Zl :^;v;r mds sensib,c ~ •»«• •><•-V w El n ni roí»
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uucrcncia de valor entre n
de acción directa (de muelle, de contrapeso, o de campana) o dc acción indirecta (piloto). Los primeros, en caso de falta de pre sión o rotura de membrana, quedan abiertos. Los segundos, en el mismo caso, se cierran.
Según su sistema de regulación pueden ser: de acción propor cional, de acción integral, de acción derivada y de regulación compleja.
ovariaciónde1 «ti ™^c?^^(WrfadÚ,, dC PrCSÍÓn
das partes móvfe diSucK/r '^•n*U,,IC,0r reBCdona Cn accíón>- Si <* después de unart^ZL1? "^ r*ímen P«™anente transcurso del ci££dKt T^™" transitori°> «* el sistema es estable alcana
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sion se llama sobrepresión al cieire SoEslaisobrcPrcpequeña válvula dc seguridad Zl¿ g° mcdiante «na dicha sobrepresión SegU1,dad que desca'ga en la atmósfera
En la reducción de presión del gas natural, éste se enfría, puesto que obedece menos las leyes de los gases perfectos, para
los cuales la reducción sería globalmente isotérmica. Para el gas
natural la disminución de temperatura es del orden de 0,5 °C por cada kg/cm2 o bar de reducción de presión. El regulador de presión, junto con el contador, es el elemento
principal de las estaciones receptoras. La variedad de tipos y va riantes de reguladores que se encuentra en el mercado es lo su
ficientemente amplia para resolver todos los problemas que pue
dan plantearse en la industria. Escapa de los objetivos de esta obra la descripción de dichos tipos y variedades. No obstante, a título ilustrativo, mostramos en las figs. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 y 26 el esquema de varios tipos de reguladores, accionados por piloto o por resorte. Los reguladores de resorte o de contrapeso son de acción directa y se utilizan cuando la diferencia de presión p con relación al valor de consigna pr es suficiente para accionar mecánicamente, mediante contrapesos, o resorte, la válvula de regulación.
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Membrana
Válvula
Fíg. 18. —Regulador RMG (Regel + Mentechnik).
Fig. 20.—Regulador Pintsch-Bamag.
Válvula de seguridad Detalle
Fig. 19. —Regulador Francel. Válvnln He ronulncl^n
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Presión de entrada
Fig. 22. —Regulador Masoncila
Fig. 24. — Regulador 1 iorcntini serie Reval de funcionamiento por piloto. (Cortesía Contagas, S. A.) I
Presión
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DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
77
Estos aparatos, en caso de falta de presión o de rotura de la membrana quedarán abiertos. Los reguladores accionados por
piloto son de acción indirecta, siendo indispensables cuando la potencia necesaria para modificar la acción de paso S exige un dispositivo amplificador llamado piloto (permitiendo además variar a voluntad la presión dc consigna) accionado por la pre sión de entrada del gas.
Varios tipos de reguladores llevan incorporado al mismo la válvula de seguridad de máxima y mínima presión (figs. 22 y 25). Los requisitos que debe cumplir un buen regulador son los si guientes:
• El cuerpo del regulador debe ser de acero, fundición o alea ciones especiales, de acuerdo con las presiones nominales de trabajo.
•
El cierre de la válvula de regulación debe ser perfectamente estanco a caudal nulo.
•
La presión en la regulación será inferior a ± 2 % de la pre sión de salida regulada, para una gama de caudales compren dida entre el 3 % y el 100 % del caudal nominal.
•
El regulador debe funcionar correctamente entre los límites antedichos sin producir oscilaciones llamadas de «bombeo» y con toda seguridad en presencia de gas a —10 °C, estando la temperatura exterior hasta —20 °C.
•
La zona de regulación estará comprendida entre 20 % y 100 % dc la presión máxima regulada.
•
La unión del regulador con la línea se realizará por medio de bridas con resalto. Para diámetros iguales o inferiores a 2
pulgadas, la unión podrá ser roscada, siempre que el acopla miento al resto de la instalación se efectúe mediante bridas.
•
Es recomendable que el caudal nominal del regulador se pueda modificar mediante un cambio cómodo y conveniente del «obús» de restricción de paso, mientras el aparato está colo cado en la línea.
•
Para saltos elevados de presión, se recomienda el uso dc dos . ..I.wl
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DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES 78
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GAS NATURAL
La regulación, sobre todo cuando la reducción de presión es elevada, produce, en algunos casos, un silbido que, según el nivel sonoro, puede molestar y crear perturbaciones al personal o a los vecinos. La elección del regulador se hará teniendo en cuenta este inconveniente. Si el nivel sonoro es elevado, será preciso prever un aislamiento acústico, sea en la cámara de re gulación, sea en los aparatos. 3.3.5.
Cambiador de calor
Las estaciones receptoras deberán ir provistas dc un sistema
de calentamiento del gas de forma que éste, después del enfria miento producido en el regulador, no tenga a la salida del mismo una temperatura inferior a -f 5 °C.
Para el cálculo del calentamiento se considera que para el gas natural, como hemos dicho, cada reducción de la presión
de 1 kg/cm2 provoca un enfriamiento de 0,5 °C en el gas. La precisión en la regulación de la temperatura será tal que la temperatura del gas no podrá variar en ± 5 °C.
Los dispositivos de calentamiento del gas pueden estar cons tituidos:
Los contadores que serán admitidos deberán estar homolo gados y verificados por las Delegaciones Provinciales del Minis terio de Industria, y serán autorizados de acuerdo con las normas que establezca la Empresa suministradora de gas. En general, los sistemas de contaje normalmente utilizados para el gas natural son: el volumétrico (membrana, pistones ro tativos u otro tipo con totalizador e integrador), el de turbina (paletas, hélice, turbina, etc.) y el venturímetro o deprimógeno que puede estar basado en el clásico tubo de Venturi o consti tuido por un simple diafragma.
Los dispositivos de medición deberán tener un campo válido de medida suficientemente amplio para garantizar la medición exacta de todos los caudales comprendidos en el campo de va riabilidad del consumo. Cuando este último oscile dentro del
emplio campo, de forma que resulte imposible su medida exacta con un solo aparato de medición, se deberá prever, caso por caso, la instalación de un complejo de aparatos que sea capaz de me dir el consumo en todo su campo de modulación.
Mientras no exista una reglamentación oficial definitiva o normas de la Empresa suministradora sobre el campo válido de medida, se entenderá:
a)
e por una resistencia eléctrica en el caso dc cámaras de bajo caudal;
sean 4. 1,5 °/o.
• por un intercambiador dc calor situado en la línea de regula
Normalmente, estas condiciones se mantienen en los con
ción y antes del regulador; está alimentado por agua calien te, procedente de una caldera independiente o dc una fuente
tadores volumétricos para caudales comprendidos entre el 10 % y el 120 % del nominal.
de calor existente en la industria.
Las calderas que alimentan los intercambiadores se instalarán
o bien al aire libre o en un local separado de la cámara de regu lación v medición.
Para los contadores volumétricos y de turbina, el campo de medida será determinado por la verificación oficial de la Delegación dc Industria cuyos errores de medición
b)
Para los medidores deprimógenos, el campo de medida será el comprendido entre el máximo de fondo-escala y el mínimo determinado basándose en el número de Rey nolds, límite correspondiente al valor a constante. Todos los cálculos de fondo-escala serán efectuados lo
3.3.6.
Contadores
Como su nombre indica, el contador sirve para medir el cau dal de gas consumido, tanto para control por parle del usuario, como para fines de la' hirnciñn por la Empresa vunwnishadnra.
mando para a el valor constante correspondiente al nú mero de Reynolds límite, y teniéndose en cuenta el factor de compresibilidad e al 50 ('b del valor del fondo-escala; el mínimo dc consumo válidamente medible con el apa-
1
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GAS NATURAL IPO Y REDES* DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS
81!
rato así predispuesto será el deducido del número de El movimiento de rotación de los alabes se transmite a tra
Reynolds indicado.
Queda entendido que dicho mínimo, sea cual sea el crite rio adoptado, no debe ser inferior al límite aceptado de sensibilidad mecánica del aparato y, por consiguiente, no
mas bajo que el 10 %del fondo-escala.
vés de un tren desmultiplicador sobre un dispositivo indicador que integra el volumen del gas en las condiciones de presión, temperatura y humedad en que se encuentra al atravesar el con
tador, y que se mide y registra mediante aparatos apropiados que describimos más adelante.
loJ^vw1118'3130:0116,8 mCdÍda deI 8as cuy° caud*ldisponer ^pere los 150 m/h (menos las del?Ctipo deprimógeno) deberán de un órgano de estrangulamiento (Venturi o diafragma) fijo en
la linea tras el contador principal, que permita cualquier mo™ °, Ga TT '?OT PartC exactitud de la medición.
de empresa ^ministradora, de la
Con el fin de unificar las instalaciones de medidas deprimógenas y de control con elemento deprimógeno, la longitud de los
tramos de tubo recto antes y después del mismo, debe ser res-
rubor1"61116' de2°Dyl0D (siendo Del diámetro interior del El contador volumétrico o de turbina tendrá un by-pass equi pado con una válvula estanca, la cual estará sellada por la Em presa suministradora de gas, en la posición cerrada. Cuando por tuerza mayor sea necesario abrir esa válvula, se seguirán las pres
cripciones fijadas por la Empresa suministradora.
Como la gama de contadores volumétricos o de turbina es
muy extensa, nos limitaremos a describir, de forma reducida el
funcionamiento de uno de los tipos más utilizados, el llamado «de pistones rotativos» yel de los contadores de velocidad o de turbina.
J: L: M: P: Q:
A: Cuerpo contador. B: Plato de fondo.
C: Tapa de cierre. E: Deflector. F: Pistones rotativos.
G: Engranajes de conjugación de los pistones. H: Rodamientos a bolas. I: Volante de maniobra a mano.
•
Registro desmontable. Caja de minutería. Magneto transmisor. Tapón de llenado de aceite. Tapón del nivel del cárter.
R: Tánón de vaciado.
T: Engrase técalémit. U: Técalémit de prensaestopa.
Fig. 27. — Contador de pistones rotativos «DELTA». Secciones longitudinal y transversal (cortesía de Compañía de Contadores, S. A.).
Los contadores de velocidad o de turbina (figs. 28 y 29), es tán constituidos por un tramo recto de tubería, en cuyo interior está colocada una hélice o turbina, teóricamente sin frotamien
tos, apoyada en cojinetes y manteniendo su eje en el centro
En el contador de pistones rotativos el gas penetra en el con-
tador e inc.de sobre dos alabes en forma de 8(sistema roots),
conjugados por dos ruedas dentadas y equilibradas dinámicamente (véase fig. 27).
La presión del gas provoca la rotación de los alabes, pudién dose admitir, sin error apreciable, que en cada vuelta completa de los mismos circula por el contador un volumen constante oe gas.
de la tubería.
La velocidad de rotación de la hélice debida al paso del gas es proporcional a la velocidad de circulación del mismo y, por tanto (como la sección es constante), al volumen de gas que circula.
La hélice está protegida por un cuerpo central que solamente permite el paso del gas a través de un reducido espacio anular frente a las paletas de la turbina; ello tiene por objeto aumentar la velocidad de paso del gas en la hélice y ejercer sobre la mis ma esfuerzos apreciables.
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Los contadores de turbina, llamados también cuantómetros, pueden estar dispuestos formando un codo en lugar de un tra mo recto (fig. 30), con el rodete colocado en un eje vertical. Es tos contadores ocupan menos espacio que los anteriores. El caudal mínimo y el máximo están en la relación de 1 has ta 12 para esa serie de contadores.
Debe evitarse que el gas que atraviesa el contador arrastre
partículas o polvo capaz dc provocar erosiones sobre las paletas de la hélice, lo que modificaría la medición. Minutería
Fig. 28. — Contador de turbina Elster. (Cortesía
de S.A. Kromschroeder). Molinete
Distribuidor ; anular
MoHnete
Minutería
Fig. 30. — Cuantómetro de turbina G. W. F.
(Cortesía de S. A. Kromschroeder.)
El contaje del número de vueltas de la hélice se realiza por dispositivos de célula fotoeléctrica para los contadores pequeños o directamente por cuenta revoluciones mecánico para los con tadores importantes. Los contadores de turbina tienen una curva de error varia Rociamiento a bola:;
Distribuidor anular
l'iií. 29. — Contador de turbina T. I V (Coiiesia de Compañía Contadores. S ,\.)
ble de un tipo a otro, pero de suficiente precisión entre límites comprendidos entre 1 y 10. La curva de errores varía con el des gaste de los órganos en movimiento. Si la hélice se bloquea, el gas no se contabiliza, pero puede atravesar el contador sin que la pérdida de carga suplementaria delate la anomalía.
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Así como los contadores volumétricos y de turbina se fun damentan en la medición directa del volumen que ha circulado por los mismos en las condiciones de presión y temperatura re gistradas (y que, posteriormente, debe ser corregido para llevar lo a las condiciones de presión y temperatura de referencia nor malizadas), el contador deprimógeno registra en un gráfico el caudal instantáneo que atraviesa el diafragma, caudal que poste riormente debe ser integrado para traducirse en volumen total, en las condiciones de presión y temperatura existentes a la en
•
85
Velocidad de arrollamiento: 20 mm/h.
• Modo de arrastre: por sistema de relojería con cuerda meca nizada semanal, eléctrica, con reserva de marcha o bien por motor síncrono con alimentación eléctrica de socorro.
3.4.
Normas de instalación de Estaciones receptoras
No existiendo Normas Oficiales emanadas del Ministerio de
trada del medidor, que asimismo debe corregirse para llevarlo
Industria, deben utilizarse las exigidas por la Empresa distribui
a las condiciones de referencia normalizadas.
dora o ENAGAS.
Salvo indicación en contra, los contadores volumétricos se
recomiendan para instalaciones de bajo caudal que no superen los 150 m3/h, medidos a la temperatura y presión de trabajo. No obstante, se fabrican contadores volumétricos de gran capa cidad (hasta 30 000 m3/h e incluso superiores). En las instalaciones de caudal medio, comprendidas entre 150 y 2 000 m3/h (medidas igualmente en sus condiciones de trabajo), pueden usarse indistintamente contadores volumétricos
En el apartado 3.2 hemos descrito la composición de las estaciones receptoras y las características que deben reunir. También hemos detallado todas las condiciones que deben reunir
los distintos aparatos y las tolerancias más usuales. A continuación vamos a detallar las normas corrientes en la
instalación general de las estaciones receptoras, fijadas por Cata lana de Gas, S. A., en Barcelona.
de turbina o deprimógenos. Para instalaciones de caudal alto, superiores a 2 000 m3/h, se aconseja utilizar un medidor deprimógeno (debido principal mente al elevado coste de los contadores volumétricos).
3.4.1.
3.3.7.
Los representantes de la Empresa distribuidora de Gas ten drán acceso libre a la cabina en todo momento, sin pérdida de tiempo, quedando reducidas las formalidades eventuales al mí
Registradores de presión y temperatura
Los registradores de presión y de temperatura permitirán con trolar las condiciones de trabajo del regulador y del cambiador de calor (cuando sea necesario), siendo imprescindibles para la corrección de los volúmenes totalizados por los contadores, con fines de facturación.
Salvo indicaciones en contra de la Empresa suministradora de gas, los registradores deberán responder generalmente a las
Situación de la Estación
El terreno escogido para la instalación de la Estación recep tora será fácilmente accesible, lo más cerca posible a la vía pú blica y al abrigo de inundaciones.
nimo.
Para limitar y evitar las posibles consecuencias de un acci dente en la Estación receptora, ésta deberá situarse lo suficien temente alejada de los accesos a otros edificios y talleres, de forma tal que los posibles escapes de gas no puedan alcanzar
condiciones siguientes:
los locales vecinos.
•
La conexión de la Estación receptora a la red de distribución exterior, mejor dicho, a la válvula del ramal de alimentación, se
Precisión de escala dh 1 %.
• Diagrama: tipo banda arrollada, de anchura útil de registro de 100 mm.
realizará con una tubería capaz de resistir la misma presión de servicio que la tubería de la Empresa suministradora.
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87
las de control, etc. Asimismo, no debe existir ningún local cuyo único acceso sea a través de la¡estación. Tendrán un volumen lo más reducido posible, recomendán dose construir las paredes exteriores de ladrillo, hormigón u otro material resistente similar. En los locales cerrados
Antes de la entrada a la Estación receptora, el usuario insta
lará una válvula de interceptación de apertura y cierre rápido
(un cuarto de vuelta), fácilmente accesible y claramente señali
zada que permita aislar la Estación. Dicha válvula estará conve nientemente protegida contra golpes accidentales. La distancia
deberán preverse aberturas de entrada de aire, protegidas por tela metálica, y aberturas de evacuación, de dimensiones
de esta válvula al recinto de la cámara será la suficiente para
permitir que su cierre, en caso de emergencia, pueda efectuarse
suficientes para una buena ventilación.
con el menor riesgo posible.
El espesor de las paredes de obra será, como mínimo, de:
La válvula de seccionamiento, como la tubería de conexión,
será de acero, capaz de resistir la misma presión de servicio que
30 cm si es de ladrillo,
la red de la Empresa suministradora de gas.
25 cm si es de hormigón,
/
15 cm si es de hormigón armado, con un recubrimien 3.4.2.
to mínimo de la armadura de 5 cm.
Modo de instalación
El techo será de materiales ligeros e incombustibles, no pudiendo utilizarse vidrio. Deberá disponerse de tal forma que
Las Estaciones receptoras podrán instalarse: a) al aire libre o a simple abrigo, b) en locales cerrados independientes, c)
no esté firmemente sujeto a las paredes. Las puertas deberán abrirse hacia el exterior, abatirse completamente sobre el
muro y estar provistas de un sistema de bloqueo. Asimismo, deben poder abrirse desde el interior por un simple empu
en armario.
a) Estaciones al aire libre o a simple abrigo Estas estaciones deberán estar protegidas por una valla me tálica o por un máximo de tres muros (el cuarto será nece sariamente una valla metálica). Uno de los tres muros po
drá ser la pared de un edificio. En todo caso, podrán estar o no protegidas por un tejadillo de material ligero e incom bustible. Cuando la Estación receptora colinde con propie dades de terceros o dominios públicos será obligatoria la existencia, como mínimo, de un muro de separación entre ambos.
Esta solución asegura las mejores condiciones de ventila ción. Es imprescindible, en este caso, tomar las precauciones suficientes para garantizar la seguridad y el buen funciona miento de los aparatos de regulación y medida en las con diciones más favorables.
b) Estaciones en locales cerrados o independientes Las estaciones receptoras cerradas no tendrán comunicación directa con otros locales anexos como locales de calderas, sa-
jón.
c)
Estaciones en armario
Cuando las Estaciones receptoras estén construidas de forma
compacta, de manera que todos los elementos que la com ponen se presenten agrupados en un bloque único, podrán instalarse en el interior de armarios metálicos o de otros materiales incombustibles provistos de las correspondientes rejillas de ventilación.
Dichos armarios dispondrán de las puertas y de los elemen tos desmontables necesarios para permitir un cómodo acce
so a todos los aparatos de la cámara de regulación, facili tando los trabajos de revisión y mantenimiento. Los armarios estarán situados al aire libre, estando provistos del sistema
de protección que cada caso requiera, según su emplaza miento.
La distancia mínima entre una Estación receptora y cualquier puerta de los locales contiguos será de 5 m.
l~l
GAS NATURAL
88
Las paredes de separación con otros locales se deberán cons truir con materiales resistentes y deberán ser estancas al gas. Serán tomadas las precauciones suficientes para mantener dicha estanquidad, aunque las paredes tengan que ser atravesadas por canalizaciones.
El suelo deberá ser de material incombustible y no suscep tible de producir chispas. Está prohibido el uso de plástico y de enrejado de acero para este fin.
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
89
Independientemente de ese Reglamento, todas las instalacio nes interiores de las cámaras serán obligatoriamente de tipo
antideflagrante, y las conducciones eléctricas, en toda su lon gitud, se efectuarán bajo tubo de acero.
No se permitirá ninguna toma de corriente dentro de la Es tación.
Exterior de la Estación:
Para asegurar una ventilación suficiente en el interior de las Estaciones receptoras, la superficie libre total de las aberturas
Se prohibe que crucen cables eléctricos por encima de la Es
de entrada de aire no deberá ser inferior al 5 % de la superficie total del recinto, incluyendo suelo y techo. La superficie de las aberturas de evacuación de aire será igual, como mínimo, a la de las aberturas de entrada, sin posibilidad dc cierre ni para unas
Los cables y sistemas eléctricos más cercanos a la Estación y que no sean antideflagrantes deberán estar a una distancia
ni para otros. Cuando la ventilación natural sea insuficiente, se
y la Estación.
asegurará mediante una ventilación mecánica con capacidad mí nima dc renovación del aire de 20 veces por hora. Las aberturas dc entrada dc aire se encontrarán a 15 cm del
tación.
mínima de 10 m de la misma en caso de que sean aéreos, a
menos que medie una pared resistente y extensa entre ellos
3.4.4.
Precauciones diversas
suelo, las de evacuación debajo del techo y en el punto más alto del local. Las puertas que dan acceso a los locales anexos de ca
lentamiento de calderas o aparcllajc eléctrico, así como las en tradas a locales que contengan productos inflamables, deberán encontrarse lejos de las aberturas de ventilación y nunca en el mismo lado de la Estación en que se encuentran las mismas.
3.4.3.
Seguridad respecto a instalaciones eléctricas
Las Estaciones receptoras deberán cumplir las siguientes con diciones dc seguridad: Interior de la Estación:
• Se permitirá solamente la conexión a una red de baja tensión (220 voltios).
• Las instalaciones eléctricas interiores (iluminación, interrup tores, cables, etc.) cumplirán las prescripciones para Baja Tensión y en particular, el artículo que se refiere a locales que presentan peligro de incendio o explosión.
Con respecto a la seguridad contra el exceso de presión a la salida del regulador, por funcionamiento defectuoso de éste, o por cualquier otra causa, cada línea de regulación irá equipada con dos válvulas de seguridad diferentes que, independientemen
te una de la otra, impidan a la salida del regulador un aumento de la presión superior a los límites fijados en sus condiciones de trabajo. Una de las válvulas actuará como reserva de la otra. Una de estas válvulas, como hemos indicado anteriormente, será dc rearme manual, es decir, necesitará la intervención del hom
bre para restablecer sus condiciones de trabajo. La otra será automática, restableciéndose las condiciones de trabajo tan pron to como cese la anormalidad (válvula de resorte). La primera de estas válvulas se podrá utilizar para cortar la alimentación de la
linea si la presión de salida del regulador desciende por debajo del valor mínimo fijado para su buen funcionamiento (válvula de seguridad de máxima y mínima presión). Referente al silbido, que según el nivel sonoro puede llegar a molestar, producido en algunos casos por el regulador, las válvu las o las tuberías, se recomienda lo siguiente:
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
90
evitar que el regulador, o su obús de paso, sea demasiado pe queño;
evitar las válvulas de paso reducido; evitar las T rectas y, en general, todo cambio brusco de direc ción;
• utilizar piezas de reducción en las que el ángulo de abertura
91
Se colocarán letreros de prohibición de fumar o producir chis
pas en la cámara de regulación y medida, en número suficiente y en lugares visibles.
El utillaje de la cámara de regulación y medida deberá estar fabricado con materiales no susceptibles de provocar chispas. La válvula de seccionamiento exterior a la cámara estará cla ramente señalizada.
sea inferior a 15 °C;
•
mantener, siempre que sea posible, la velocidad de circula ción del gas por los anteriores elementos y por las tuberías a una velocidad inferior a 30 m por segundo.
En las regiones que frecuentemente están expuestas a los efectos de las tormentas, será prudente proteger la instalación con un pararrayos o jaula de Faraday, concebido e instalado siguiendo las reglas que existen para los mismos. Las tomas de tierra deberán ser independientes de las demás instalaciones. Todas las instalaciones de la Estación receptora a partir de la salida de la junta dieléctrica deberán encontrarse siempre al mismo potencial eléctrico. Para lograrlo, se realizarán una o va rias tomas de tierra cuya resistencia será en todo momento in ferior a 10 ohmios.
Las tuberías de escape dc las válvulas de salida a la atmósfe ra se prolongarán por encima del local, por lo menos un metro sobre el punto más alto del techo. Se proveerán dc un apaga-
fuegos y la boca dc salida estará coronada con un capuchón o cualquier dispositivo que impida la entrada dc cuerpos extraños. Las chimeneas de las calderas o del cambiador de calor sobrepa sarán, como mínimo, un metro del punto más elevado del techo y estarán alejadas de las tuberías dc escape de gas a la atmósfe ra. Sus bocas se protegerán con sombreretes. No podrá instalar se ningún material suplementario al estrictamente necesario para
la explotación de la Estación. Se prohibirá la entrada al personal ajeno a su funcionamiento o mantenimiento.
Se instalarán extintores de polvo seco en número suficiente en las proximidades dc la Estación y fuera de la misma.
3.5.
Red interior de tuberías
La red interior de tuberías comprende la tubería desde la válvula de la acometida de la Compañía distribuidora has ta la entrada de la Estación receptora (acometida interior),
y las tuberías de distribución interior desde esta última hasta los puntos de consumo (red interior de distribución). Esta podrá ser más o menos extensa según existan muchos o
pocos puntos de consumo, y las distancias dc los mismos a la estación receptora sean más o menos grandes. Si las distancias y los caudales no son importantes y los pun tos de consumo pocos y próximos, se podrá establecer una red con tubos de diámetro apropiado para tener una pérdida de carga
pequeña. En este caso, la presión de distribución puede ser la necesaria a los quemadores, y el gas puede tomarse de la estación receptora a dicha presión incrementada con las pérdidas de carga. Si las distancias y caudales son importantes y los puntos dc consumo están espaciados, convendrá, en aras a la economía del coste de la red dc distribución, tomar el gas de la estación
receptora a presión de 2 a 5 kg/cm2, y admitir una fuerte pérdida dc carga en el cálculo de las tuberías. En este caso, la presión será muy variable en los distintos puntos de la red, en función de la distancia a la estación receptora y de las variaciones de consumo de los aparatos de utilización. Como éstos necesitan para su buen funcionamiento una presión lo más constante posi ble, obligarán a colocar lo más próximo a ellos o al conjunto de aparatos dentro de la misma nave, un grupo de regulación de presión que, alimentado por la variable y alta presión de la red, alimente los quemadores a presión constante y apropiada.
1
^1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
92
3.5.1.
Determinación del trazado
93
En el cálculo de los caudales se tendrá en cuenta:
•
los máximos de consumo;
Debe empezarse por establecer, en cada industria, un plano o esquema del trazado interior que se considere ideal, en el que figuran las indicaciones siguientes:
•
eventualmente, los coeficientes que resulten de la no simul taneidad de utilización de los distintos aparatos;
•
tipo de gas y presión disponible a la entrada de la instalación;
•
las previsiones de futuras ampliaciones de consumo que se
•
situación de la Estación receptora;
deriven de la extensión de la red o de un aumento de caudal en los tramos existentes. El caudal máximo horario contra
•
situación de los diferentes aparatos de utilización, con indica ción de su potencia nominal (o consumo) y la presión de
tado por el usuario se incrementará en un 20 °/o para deter minar el diámetro mínimo de la acometida y del tramo de tubería inmediato a la Estación receptora;
gas necesaria;
° implantación dc locales, situación de pipe tracks, alturas li bres dc paso y todas las indicaciones análogas cuando éstas puedan exigir sujeciones particulares en lo que se refiere al recorrido de la canalización;
•
puntos del recorrido de donde derivarán eventuales extensio nes.
•
La presión de gas en la red se expresa en valor efectivo en bar, milibar o kg/cm2 y milímetros de columna de agua. Se tienen que considerar:
•
presión de servicio. Es la presión que reina en la parte de red considerada. Puede variar de valor en diferentes puntos de la red, si ésta se halla provista de reguladores alimentando dis tintos tramos. En caso contrario, tiene por valor la presión de salida dc la Estación receptora;
•
presión máxima. Es la presión susceptible de alcanzarse en
Sobre el plano así preparado, se puede proceder al trazado de la red interior, destacando:
• disposición dc las canalizaciones (enterradas, elevadas, en ga lería, en conductos, empotradas); •
posición de los accesorios de la canalización que es necesa
la canalización. Su valor es el de funcionamiento del último
rio prever, como:
órgano de seguridad (válvula, membrana rompible, etc.) colo cado más arriba y que fija el límite posible en la canalización en caso de mal funcionamiento del regulador dc presión de la Estación receptora;
9 órganos de cierre y accesorios del trazado: curvas, reduc ciones, etc.;
•
reguladores de presión dc quemadores;
• aparatos de medición o de control de caudales y presiones; • válvulas, filtros, potes de purgas, etc. El caudal de gas a transportar en cada tramo dc la instala ción es la suma dc los caudales máximos absorbidos por los apa ratos de utilización situados más abajo.
Los cálculos se hacen en metros cúbicos normales (0o y 760 mm), determinados según el caudal térmico de los aparatos (kcal/h) y el poder calorífico inferior del sas (kcal/Nm').
La presión del gas en el extremo de la red, antes de los regu ladores de los aparatos de utilización.
•
presión de prueba. Es igual a una vez y media la presión má xima dc servicio. Estando construida la canalización para una presión nominal igual, como mínimo, a la presión máxima de servicio, la presión de prueba puede considerarse como igual a una vez y media la presión nominal.
3.5.2.
Condiciones relativas a ciertos recorridos
La red interna de tuberías de distribución de gas natural se colocará prcíerentemcnle, y siempre que no presente grandes
1
f
1
•--1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
g4
GAS NATURAL
95
Debe proscribirse: cruzar alcantarillas, recorrer por locales
dificultades del tipo aéreo. Es decir, se colocará en elevación,
de servicio o bajo locales insuficientemente ventilados a causa
os ^ ^ en soportes fijados alas paredes, alas armaduras "cubiertas, alos pies derechos de los locales oa los pie derechos particulares a la tubería. Siempre que exista un pipe tacTpara soporte de tuberías de agua, vapor, combustible, aire
de cualqu er naturaleza, haciendo pasar el tubo por el interior de otro con forro continuo perfectamente estanco en el cruce ydes
extt^mente ointeriormente alos edificios ynaves industria
omprimido, etc., se colocarán junto a ellas. Las distancias; entre
soportes no serán superiores a las indicadas a continuación. Diámetro tubería pulgadas
Distancia entre los soportes en metros
1/2
3/4-1
1,1/4-2,1/2 3-4 5-8
más de 8
1,1/4 o mayor (vertical)
1,8 2,4 3.0 4,5 6.1 7,6 1 soporte por piso
del riesgo de acumulaciones de gas en caso de una eventual fuga.
Es factible el cruce de alcantarillas ocavidades no ventiladas
bordando las dos extremidades en el exterior.
Está prohibido colocar, aun en recorrido transversal, canalizaciones de gas en:
• conductos y galerías de humos;
• cajas yconductos de ventilación, salvo cuando ha sido espe cialmente concebido para ese uso;
• cajas ycuartos de maquinaria de ascensores ymontacargas; • salas de transformadores, cuadros y material eléctrico; • cubas sanitarias inaccesibles;
• cubas y depósitos de almacenamiento de combustibles soli dos y líquidos;
Las tuberías de gas no deben ser sostenidas por otras tube rías, sino que deben estar instaladas con soportes que tengan la
, .
• tubos de caída de correo o de basuras, así como los recipien tes que los contengan.
suficiente resistencia.
• espacios vacíos entre paredes.
No obstante, cuando el caso lo requiera, se podrán colocar enterradas en conductos o en galerías. En este caso, deberán
Las tuberías que estén en contacto con tierra u otros mate riales corrosivos deben estar protegidas contra la corrosión.
tomarse las precauciones siguientes:
3.5.2.2. Canalizaciones en cajas y galerías técnicas 3.5.2.1. Canalizaciones enterradas
El recorrido de las tuberías enterradas debe escogerse, en lo posible, alejado de:
• vías férreas y rulas de paso de camiones (riesgo dc vibracio-
Debe evitarse el paso de las tuberías de gas por cajetines y
galerías por donde pasen otras canalizaciones ycables eléctricos.
Podrán cruzarse dichas cajas y galerías por tuberías de gaá, cuando éstas pasen por el interior de otro tubo de acero estanco
nes y apisonamiento);
y con ventilación al exterior.
de las raíces);
pasen por cajas ogalerías por las que no pasen otras tuberías de
• plantaciones de árboles (empujes en el sucio por desarrollo • instalaciones eléctricas productoras de corrientes vagabun das, sobre todo corrientes continuas (vías férreas electrifi cadas).
Cuando sea absolutamente necesario que las tuberías de gas
combustibles o cables eléctricos, dichas galenas deberán estar perfectamente ventiladas.
1
TI
GAS NATURAL
96
3.5.2.3.
Canalizaciones en cajetines
Las canalizaciones de gas en cajetines tienen la ventaja, en los locales industriales, de permitir una cómoda alimentación de los aparatos utilizando gas, en posición central.
Si el cajetín está lleno de arena, la protección de la canaliza ción debe ser análoga a la de las canalizaciones enterradas. 3.5.2.4.
Canalizaciones empotradas
Las canalizaciones empotradas son aquellas cuyo recorrido está situado en el interior de muros, cerramientos o suelos. No debe confundirse con atravesar la pared, que es un paso perpen dicular a la pared.
El empotramiento de las tuberías de gas es desaconsejable en las instalaciones industriales.
3.5.2.5.
Canalizaciones de descarga eventuales
Las canalizaciones de descarga eventuales a la atmósfera (válvulas de seguridad, descarga de reguladores, etc.) deben cum plir las condiciones siguientes:
• evitar la creación de una pérdida de carga sensible en la cana lización (diámetro suficiente y longitud corta);
• hacer descargar el tubo eventual al exterior, con objeto dc evitar la polución y los riesgos de incendio, en lugar situado
—^1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
}. 3.5.3.
Características de las tuberías
Las tuberías, así como las piezas especiales y uniones, serán de acero al carbono obtenido en horno eléctrico o convertidor
Martin-Siemens, pudiendo ser con o sin soldadura. Cuando las tuberías de distribución sean aéreas, podrá utilizarse también cobre. La soldadura puede ser longitudinal o helicoidal y se rea lizará siempre a máquina. Los procedimientos de soldadura ad mitidos son los siguientes: •
soldadura eléctrica al arco;
• •
soldadura eléctrica, por resistencia; soldadura automática al arco en atmósfera inerte (usando, por lo menos, dos pasadas de soldadura, una de las cuales se aplicará por la parte interior del tubo). Las características generales de los tubos, así como las de
los elementos y piezas especiales que se utilicen en la instalación, deben responder a las especificaciones de la norma del «Ameri can Petroleum Institute 5L grado B» UNE (API) o DIN aceptadas por el Ministerio de Industria y Energía. La presión nominal del tubo no será inferior a la máxima de servicio.
Los contenidos máximos en componentes del acero utilizado en la fabricación de los tubos, deben ser: Carbono
(tubo sin soldadura) (tubo con soldadura)
como mínimo a 2,50 m del suelo y, también como mínimo, a
Fósforo
0,6 m de una abertura dc las paredes, ventanas u orificios de
Azufre
ventilación.
Azufre 4- Fósforo Manganeso
3.5.2.6.
Situación dc la válvula de aislamiento
Debe preverse en el trazado de la red, a la entrada de cada canalización principal, una válvula de mando manual estanca en posición cerrada y, si es posible, dc cierre rápido (90 °C) colocada en lugar fácilmente accesible, que permita el cierre completo del suministro de gas a la parte posterior.
97
< < <
0,31 % 0,29 % 0,04 % < 0,05 % 0,08 % 1,30%
El acero empleado en los tubos tendrá una relación entre el
límite elástico y la carga de rotura no superior a 0,80 y un alar gamiento sobre 5 diámetros en probeta de espesor igual al del tubo no debe ser inferior a:
para espesores hasta 4 mm para espesores de 5 mm a 7 mm
20%
para espesores superiores a 7 mm
22 %
17%
El cumplimiento de las especificaciones del material fijadas en los párrafos anteriores deberá ser demostrado por la firma
En cualquier caso, el espesor del tubo no debe ser inferior a: 2 mm para diámetro exterior hasta
instaladora, bajo su responsabilidad.
2,6 mm 2,9 mm
El espesor teórico de las tuberías se calculará mediante la fórmula:
P, X De
C=
99
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
98
Pi X Di
»
»
»
31a
65 mm
de
66 a 160 mm
4
mm
de 161 a 325 mm
5
mm
de 326 a 525 mm de 526 a 730 mm de 731 a 830 mm
5,9 mm
2 X 5 X E ~ 2 (G X E—?/)
30 mm
de
7,1 mm
Respecto al diámetro exterior y al espesor de las tuberías, se
donde:
e = espesor teórico en cm;
P, = presión de cálculo en kg/cm2;
admiten las siguientes tolerancias: a)
respecto al diámetro exterior
b)
G = carga de trabajo en kg/cm2;
respecto al espesor en cualquier punto para tubos de diámetro
E = factor de eficiencia de las uniones.
exterior hasta 457 mm
Dc = diámetro exterior en cm; Di — diámetro interior en cm;
La carga de trabajo G se define por:
c)
G =
K
donde:
S = límite elástico mínimo del material empleado en kg/cm ; K = coeficiente de seguridad.
La presión de cálculo P, y el coeficiente de seguridad Kse fi
+ 15 °/o a — 12 %
para tubos de diámetro exterior superior a 457 mm
.S
± 1%
+ 15 % a — 10 %
Las bridas serán de acero. Para presiones que puedan supe
rar los 12 kg/cm2 serán del tipo con resalto, con cuello (llamadas Welding Ncck) y forjadas. Se recomienda utilizar las bridas que a continuación se in dican:
jan de acuerdo con las condiciones de la conducción:
a) para presiones superiores a 32 kg/cm2 y pudiendo llegar
a) para presiones superiores a 12 kg/cm P, = presión máxima dc ejercicio prevista
b) para presiones comprendidas entre 2 y 12 kg/cm2 se
K =
aceptarán PN 16 con cuello.
2
b) para presiones inferiores o iguales a 12 kg/cm P, = 12 kg/cm2 K -
hasta 60 kg/cm2: PN 64 con cuello. Para presiones no su periores a 32 kg/cm2: PN 40 con cuello;
4
El factor de eficiencia de las uniones E, para tubos sin solda
Las juntas serán preferentemente del tipo «Klingerit armado» cuando la presión electiva sea igual o superior a 12 kg/cm2, y en amianto comprimido graíilado tipo «Klingerit» cuando la pre sión de servicio sea inferior a 12 kg/cm2.
dura se toma igual a I. Puede asimismo tomarse igual a 1 para
Las juntas dieléctricas estarán al aire libre y montadas dc
los tubos con soldadura longitudinal o helicoidal que reúnan
manera que no se pueda producir un cortocircuito de las bridas con un elemento conductor eualquiera. Se situarán después de
las condiciones especificadas anteriormente.
El Lubo a usar se elegirá de la tabla de fabricación, entre
aquellos que, teniendo el mismo diámetro exteriiu . les correspon da un CKp<'N«" ;...,< ,i¡ iiami '••'• superim al leói-í nlculado.
la válvula de seccionamiento de entrada a la Estación receptora,
y antes de la válvula de seccionamiento a la salida de dicha Es tación.
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
100
Las uniones de las bridas se efectuarán con pernos o barras roscadas con tuerca y arandela que presione bajo la tuerca.
El ángulo dc abertura total de las piezas de reducción en sol dado no superará los 15°. Para piezas en acero forjado, el ángulo podrá llegar a 35°.
El ensamblaje de tubos, bridas, aparatos, accesorios y otros elementos de canalización, se efectuará por soldadura a tope, eléctrica. Las características de la soldadura deberán ser, por
101
El diámetro de un tramo es constante en toda su longitud; los accesorios de canalización tienen el calibre correspondiente. Un tramo conecta:
•
la canalización de la red de distribución desde la estación
receptora hasta el primer «empalme»; •
dos empalmes consecutivos;
•
un empalme hasta su punto de utilización.
lo menos, iguales a las del metal de la tubería y deberán estar
Calcular una canalización consiste en determinar el diámetro
exentas de huecos o defectos, pudiendo exigirse, si es necesario o preceptivo, el radiografiado de las mismas. Para unión de tubos dc pequeño diámetro y alta presión se
de cada uno de los tramos, para que, con los caudales previstos:
recomienda usar, siempre que sea posible, la unión por solda dura o bridas, o bien anillos del tipo ERMETO.
1)
la presión dc gas en cada punto de utilización sea siem pre superior o igual a la presión mínima necesaria para el buen funcionamiento del aparato; 2) la velocidad real de circulación, en cualquier punto de ía
Los tubos tendrán, en todos los casos, la máxima longitud
conducción, no exceda de un valor crítico (30 m/s), gene
compatible con las características dc la instalación, de forma que la conducción presente el mínimo de soldaduras de unión.
rador de ruido y vibraciones, teniendo en cuenta el cau dal real a la presión de circulación.
3.5.4. Determinación del diámetro de las tuberías 3.5*4.1.
Generalidades
Para calcular los diámetros de una red interior de tuberías,
Estas dos condiciones son complementarias: la primera, se refiere a la pérdida de carga de la tubería; la segunda, a la velocidad de circulación del gas. En la práctica se observa que:
• en las instalaciones en las que la presión a la entrada es poco
resulta práctico descomponerla en un conjunto de «tramos», unidos por «empalmes» o «derivaciones» alimentando los «pun
elevada o próxima a la presión de los puntos de utilización, se calculará el diámetro de los tramos por la pérdida de carga
tos de utilización».
admisible, que resultaría baja. Los diámetros resultantes con ducen, generalmente, a velocidades de circulación inferior al
Los «puntos de utilización» están situados a la entrada de los aparatos de utilización, inmediatamente detrás de los dispositi vos eventuales de regulación (reguladores-reductores).
Un «empalme» o «derivación» es el punto en el cual el caudal principal dc gas se divide en dos o varios caudales secundarios. Se entiende por «tramo» la longitud continua de tubería, llevando o no accesorios de canalización, recorrida en cada ins
tante, en cualquiera de sus secciones, por el mismo caudal músi co de gas.
límite recomendado;
• en las instalaciones de gas natural a alta presión ramificadas, llamadas en «espina de pescado» y provistas de reductores de presión al final dc la canalización principal, la pérdida de car ga puede ser relativamente importante. En este caso, resul tan diámetros dc tuberías reducidos, siendo preciso entonces comprobar el valor de la velocidad de circulación.
Por razones de economía, conviene no sobredimensionar la
instalación. Esta última condición es menos imperativa que las
1
"~=1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
116
Accesorio
K
codo redondeado
90"
Accesorio
K
K
Accesorio Te-
codo brusco
,= 0,5
117
I
30"
0,07
0,6
45°
0,18
0,4
60°
0,36
90°
1
en paso directo
0,2 a 0,5
en derivación
1,5
D
R
90°
= 1 D R
90°
= 2 D
R = radio de la fibra media del codo
ii
D = diámetro de la tubería
Estas pérdidas de carga de los accidentes del recorrido se sustituyen pues por pérdidas de «longitud equivalente de la tu bería» que, sumadas a la longitud real, dan lugar a la «longitud ficticia total» que se toma en los cálculos para determinar la pér dida de carga total dc cada tramo de tubería.
ii
®
®
(9)
(9S)
-
1
=
*b
=
1 ii
Para tuberías de pequeño diámetro pueden lomarse, como
ii
»• sí' a
longitud equivalente dc las diferentes válvulas, codos y demás
o-
©
accesorios, las determinadas en el abaco anterior (fig. 34), de fá cil comprensión. ii
3.5.4.7.
ii
Método de cálculo
Como complemento de todo lo expuesto en el apartado 3.4.1 y para la determinación del diámetro de los distintos tramos de
©
(t OUJBJJ.)
IPZ) OUIBJJ.
la red interna de distribución dc gas, recomendamos, previa mente a todo cálculo, trazar un plan esquemático de la instala ción (ver fig. 35), señalando:
Z = "b
® El punto de inicio de la red, marcado como punto cero y ca racterizado por la presión de entrada /;„.
• Los puntos de utilización numerados de 1 a n, con indicación, para cada uno de ellos, del caudal máximo utilizado y de la presión mínima necesaria para el funcionamiento del quema-
iPt) "
(fr) 1
=
© •8"
er-i I
1
-.: «b
II
II
« >'
® Fig. 35. — Esquema de instalación de tuberías.
,©
m
—%
h^j
^
r^
"1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES GAS NATURAL
102
103
En todos los casos, la velocidad de circulación del gas por las
dos precedentes. No obstante, siempre que se presente una incer-
tuberías será inferior a 30 m/s.
aquel que dé un aumento del diámetro. Igualmente, los diáme tros calculados se redondearán a los diámetros norma izados
tfhace8por"letes paralelos: es el régimen laminar ode Poiselle.
tidumbre sobre el valor numérico de un parámetro, se escogerá
inmediatamente superiores. Las pérdidas de carga admisible para el cálculo del diámetro de tuberías serán las indicadas a conti nuación:
En una tubería de diámetro determinado, circulando un cau dal de *as correspondiente a una velocidad pequeña, el derrame
Para un caudal correspondiente a una velocidad elevada, se
forman remolinos en el gas: es el régimen turbulento o dc Venturi.
Existe finalmente una zona intermedia donde las leyes_del derrame están bastante mal definidas: es el reg.men turbado o
Para acometida interior
(desde válvula de la acometida hasta entrada del regulador) distribución categoría MPA
^ 2,5 °/o de la presión mínima de suministro. Como ésta no
puede ser inferior a 500 mm c. a., la pérdida de carga no será superior a 12,5 mm.
^ 2,5 % de la presión mínima
distribución categoría MPB
de suministro. Como ésta no
será inferior a 0,4 kg/cm2, la
pérdida dc carga no será su perior a 100 mm c. a.
^ 2,5 % de la presión efectiva
distribución categoría API y distribución categoría API1
mínima.
de Reynolds.
El paso de un régimen aotro no es gradual ni •«versibte^y se produce bruscamente cuando el número de Reynolds Ralcanza
ciertos valores críticos. Este régimen es siempre laminar para
R< 2000 (caso que no se encuentra, prácticamente, más que en canalizaciones interiores de pequeño diámetro). 3.5.4.2. Número de Reynolds
El número de Reynolds utilizado para definir el régimen de circulación de gas es un número sin dimensiones siendo función
de la velocidad de circulación, de la masa especifica del gas, de su viscosidad y del diámetro de la tubería: GVD
VD
Para red de distribución interior
R = V*
(desde válvula salida de la esta ción receptora hasta puntos de utilización) < 15 mm c. a.
distribución categoría MPA distribución categoría MPB
^ 10 °/o
presión
salida
regu
Kowarski, como sigue:
distribución categoría I 50
mbar)
< 15 mm c. a.
3 537 R =
distribución categoría II ío %
lador
presión salida regu-
Q X—•
V„
presión salida regulador = 1 a 4 bar kg/cm2)
u. = viscosidad total v = viscosidad cinemática
El número de Reynolds puede calcularse por la fórmula de
lador.
(presión salida regulador
V = velocidad del gas G = masa volúmica rs p D — diámetro de la tubería
D
=
t
X
D
t*^|
r~--j
r—|
"1
105
DISTRIBUCIÓN; EQUIPOS Y REDES GAS NATURAL
104
Sustituyendo en la fórmula anterior u por su valor:
siendo:
Qvo
V0 = viscosidad cinemática del gas en unidades c. g. s. a
u=
15° C/760 mm Q — caudal en mVh de gas a 15°, 760 mm
:X
n D2
T X Po T„XP
Q„(273 + t) = l»25 X
(1)
D2 X p
D = diámetro de la tubería en mm
El valor de x, que depende de la viscosidad cinemática del
Siendo: u = velocidad en m/s
gas, puede tomarse como:
Qv„ = caudal de gas m3 en condiciones normales (15° C y 1013 mbar)
t = 16 000 para un gas de viscosidad cinemática media (gas
T = 273 + t (í = temperatura del gas en °C)
ciudad)
t = 24 300 para el aire t = 22 300 para el metano y el gas natural t = 72 000 para el propano
T„ = 273 + 15 = 288
p0 = 1013 bar = 1 kg/cm2 D
= diámetro interior tubería, en mm
p = presión absoluta, en bar o kg/cm2 3.5.4.3.
Pérdida de carga lineal
La experiencia demuestra que la pérdida de carga en los tubos rectos, cilindricos y horizontales, es proporcional a la longitud de la canalización y depende, además, de la velocidad media del fluido, supuesto en derrame permanente, de su masa específica p, del diámetro, y de un coeficiente de pérdida de carga K (R,) fun ción del número dc Reynolds que, a su vez, depende de la masa específica p, de la velocidad de circulación u, de la viscosidad cinemática y del diámetro de la tubería. Anteriormente hemos definido y dado una fórmula para el cálculo del número de
16 X Po X T X Q\o
AP
tendremos:
= po A L
X
_J_
2 X r? X p X T„ X D'
X K (Re) =
D
8p„
(2) D"
p X T„
donde po = masa específica de gas en las condiciones de referen cia (igual a fpa] masa específica del aire X densidad del gas respecto al aire).
Reynolds. Podremos escribir pues: AP
AL"
1
W
X
X K (Re)
D
donde: AP
= pérdida de carga lineal AI. P
= masa específica
u
= velocidad en m/s
D
= diámetro de la tubería en mm
K (R..)
= coeficiente de pérdida de carga (función del n." de Reynolds)
3.5.4.4. Pérdida de carga sobre un tramo de longitud L
Debido a la noción de pérdida de carga, la presión varía cons
tantemente a lo largo de la tubería; por ello deberá utilizarse la fórmula (2) en su forma diferencial e integrar entre la sección de abscisas L= O, donde reina la presión Pa, y la sección de abscisas L, donde hay la presión Pn. Es decir:
CPb
j r l Spa X — —p X dp= I —r
X K (Re) X T„
dL D*
1
107
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
106
GAS NATURAL
Al contrario que en las redes de transporte o distribución, las
Lo que conduce en la hipótesis de T = constante a:
8p0
Tp0
ir
7o
„/n .
Cr\«L
P2a-P2b = -r X —— X K(Re) X ——
canalizaciones interiores de las industrias están formadas por tramos suficientemente cortos para que, aun en altas presiones, (3)
AP
^
.
.
,
1.
sea despreciable respecto a PA y por consiguiente, puede apli-
2
Nota: K(R<) puede tomarse como constante en todo el tramo de diáme tro D, puesto que el número dc Reynolds es, como la viscosidad cinemáti ca v, prácticamente independiente dc p.
3.5.4.5. Fórmulas y gráficos de baja y alta presión
carse la simplificación precedente. La elección del valor numérico K(Re) es la causa principal de las dificultades en los cálculos de las pérdidas de carga lineales.
En efecto, K(Re) depende, además del número de Reynols, de un
Existen en la literatura técnica gran número de fórmulas y aba
parámetro difícil de fijar, que es la rugosidad relativa del tubo.
cos que derivan todos de la fórmula general (3), y que se obtie
Como resultado de los valores experimentales mostrados por Renouard para valores de Rc muy diferentes, representó en un
nen:
1) sustituyendo p„ p„ /., por sus valores, y dando a T un valor medio constante. 7' — T„ — 15 °C;
línea curvilínea situada por encima de la curva de los tubos lisos
2) expresando a K (R.) en función de p„ p„ D y p; 3)
en los casos en que
Ap
gráfico los diferentes puntos encontrados correspondientes a K = f(Rc) que formaban una nube de puntos situados en una
es despreciable ante P,\, y consi
y sensiblemente paralela a ésta, lo que le permitió establecer las fórmulas siguientes para valores de K (coficiente de pérdida de carga).
derando que:
•
Fórmula binomia general:
p-\, — F0 = (P, + P,,) {PA — Pn) = (2 PA — AP) AP P2A — P2n
•
AP =
Fórmula monomia:
K = 0,172 Re*"
AP
Pa
para número de Reynolds elevados, comprendidos entre
2
2 X 104 y 2 X 10*
Sustituyendo P2.»— P?« por su valor según fórmula (3) tendre •
mos:
8p„ AP =
%
K = 0,0103 + 1,59 Re
T
P„
Q:r„L X K(Rt.) X
X
X
(5)
válida para número de Reynolds relativamente bajo referen tes a pérdidas de carga en baja presión, que corresponden, apro-
ir
Pa AP
'/'..
Fórmula monomia simplificada: K = 0,21 Re-°¿
Q
v siempre que
AP
ximadamenle, a valores de — < 150. D
sea despreciable delante dc PA, lo que ocurre
En las fórmulas anteriores, Rc puede expresarse en función de
2
en el caso de las instalaciones a baja presión, la fórmula anterior
la densidad del gas, como sigue:
se reduce a:
4
Re =
8p„ AP = Pa — Pn =
T X
ir
P„ X
T„
Q\„L
X KRV X ——Pa W
|A <•»)
X n«
Qvo
D
Pao X
x
D
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T
Pérdidas de carga kilométricas en mm de agua 108
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Gi4S NATURAL
w
o
m
ato
~
s
•*
M
U
9
s
siendo:
p« = viscosidad dinámica del aire en las condiciones de refe rencia;
pn„ = masa volumétrica del aire en las condiciones de refe rencia;
d = densidad del gas respecto al aire. Sustituyendo este valor de Re en la fórmula (5), el valor de
K(RC) en las fórmulas (3) y (4) y sustituyendo al mismo tiempo p0, Po y T„ por sus valores y dando a T un valor medio constante, resultan las fórmulas de Renouard siguientes:
Fórmula «Renouard» para baja presión, simplificada (p. efec tiva; inferior a 50 mbar o 500 mm c.d.a.). QI.8 Pa — P„ = 233 X 10' X
X d X L
(6)
Fórmula «Renouard» para alia presión (p. efectiva; superior a 500 mm c.d.a.).
Pa — Pn = 48,6 X lO* X
D4.8
Xd X L
(7)
En las fórmulas anteriores tenemos:
Pa = presión absoluta en el origen en kg/cm2 Pn = presión absoluta final en kg/cm2
PA — P,¡ = pérdida dc carga kilométrica en kg/cm2
p~* —P!n = pérdida dc carga cuadrática kilométrica en kg/cm2 Q = caudal en mVh (15°, 760 mm) D = diámetro de la tubería en mm /. =• longitud tic la tubería en km
d = densidad del gas respecto al aire (d - 0,580 para el gas natural).
Las fórmulas (5) y (6) lian permilido establecer el abaco
(íig. 31) para las bajas presiones y la fórmula (7) el de la (fig. 32) para las altas presiones, que conducen, a costa de varias simpli
ficaciones, a una estimación más directa de la pérdida de carga
total de un tramo o de una red interna de tuberías, teniendo en cuenta que la longitud real dc cada tramo debe sustituirse por
la «longitud equivalente», comprendiendo las pérdidas dc carga
singulares producidas por los codos, cambios de dirección y sec ción, válvulas, etc. ir
Pérdidas do enreja kilométricas pii mm de níiu;i
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MOW
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7
Renounrd nnra cálculo de las pérdidas dc carea
9.
112
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
113
Fórmula de Panhaudle Co
cálculo de pérdidas de carga en baja y alta presión dentro de los
Además de las fórmulas de Renouard, se han prescrito varias fórmulas modernas, que difieren algo de la anterior, teniendo
límites indicados de los valores de Rt.
en cuenta la rugosidad de los tubos que modifica el valor del
construir una regla dc cálculo (GAZ DE FRANCE) basada en una densidad ficticia de 0,5. Una graduación colocada sobre el cursor permite tener en cuenta densidades ficticias diferentes de 0,5.
i
j. ,
i
Finalmentes, la fórmula de Panhaudle ha sido utilizada para
coeficiente de pérdida de carga. Este «coeficiente de rugosidad» en la práctica está comprendido entre 0,8 y 0,95, siendo el coefi ciente igual a 1 para los tubos lisos.
Los americanos, considerando dicha rugosidad, y corrigiendo
la densidad real del gas por unos factores relativos a la viscosi dad, a la temperatura y al coeficiente de derrame, utilizan la X df X L D4fi6
/
(8)
empleando las mismas unidades que Renouard, y siendo d la «densidad ficticia» igual a la densidad real afectada por un fac tor de corrección.
Esta fórmula ha sido adoptada por la Dirección de la Pro
ducción y Transporte de Gas de France y es utilizada para el
calculo de grandes arterias de transporte de gas natural.
^La fórmula de Panhaudle, para un coeficiente de rugosidad
E - 0,8, da más pérdidas de carga cuadráticas por exceso infe
riores en un 4,5 % respecto a las señaladas por la fórmula de
Renouard para números de Reynolds comprendidos entre 2 X 106
y 2 X10» Para valores inferiores de 2 X10" no debe emplearse la formula de Panhaudle, ya que da pérdidas de carga dema-
siado bajas.
La fórmula de Renouard para bajas presiones derivada de la fórmula monomia simplificada de Reynolds K = 0,21 R,.-°-2 ha ser
vido de base para construir una pequeña regla de cálculo para
distribuciones a baja presión (longitud 17 cm, llamada de bol sillo).
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formula monomia K= 0,172 &-'•« se ha construido otra regla de
calculo de mayores dimensiones (longitud 27 cm), que permite el
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Caudales en mVhora a 15 °C y 760 mm Fig. 33. — Nomograma para cálculo de pequeñas conducciones dc gas a altas presiones.
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Para valores de Reynolds más elevados correspondientes a la
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QI.96
P2A — P2„ = 22 000
/
»o
fórmula siguiente establecida por Panhaudle:
FT
1
1
I
'—1
Por último, en la fig. 33 reproducimos un monograma para
r-
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
114
r^g
~1
115
(Wiyiwj)
el cálculo de pequeñas conducciones de gas a altas presiones,
según la fórmula simplificada de Renouard K= 0,21 Re-0* o bien i*
piA — piB = 48,6 X 103
X d X L. D4-8
3.5.4.6.
Pérdidas de carga singulares
Los codos y los accesorios de las tuberías provocan cambios de dirección y de sección que ocasionan pérdidas de carga loca les que deben añadirse a las pérdidas de carga de los tramos
Grifo de macho r-90
rectos de tuberías.
-60
Estas pérdidas de carga singulares no pueden determinarse con mucha precisión, sobre todo al nivel de anteproyecto, donde
r*>
las características del material previsto no son siempre cono Válvula de retención
cidas.
(abierta completamente)
Codo de ángulo recto*15
Esta incertidumbre repercute sobre la pérdida de carga total y, por consiguiente, parece lógico no buscar a toda costa una pre
|-e
cisión excesiva en el cálculo de las pérdidas de carga lineales, la
Aumento de diámetro _ d/D -14
cual resultaría, en definitiva, ilusoria.
Las pérdidas de carga singulares del recorrido pueden susti tuirse por la producida por una prolongación de la tubería igual a:
d/D - V4 Te ordinaria
(paso en derivación)
E3=-
Paso ordinario
D AL = K
¿onde
D
c
-V»
loo
-0.90
Codo de pequeño radio o paso de te reducido a la mitad del diámetro
o
CO
3—
>
Codo de radio medio
i«*
c
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er
Disminución de diámetro-ojo
\
d/D - 3/4
«
ho.is £
o
•o
t*
\%- • 35 £ o
<3
o paso de te reducido
D en milímetros: 50 80 100 150 200 300 400 500 600 800 1000 D
rsj 65 E
'5
\\l-d/D-t/4 \V— d/D-1/2
Í5
de un cuarto del diámetro
E •(0
Codo de 45°
|-o.oe o |
en metros: 1,7 3,5 4 7 10 16 23 30 38 54 71
%— -2o 5
Vz-
Codo de gran radio o paso de te
O
99 +" fl) c
se da aproximadamente en función de D en el cuadro
siguiente:
1-3
-44
-o.oJ
y K se da en el cuadro siguiente: Fig. 34. — Pérdidas de carga en la valvulería y accesorios de tuberías referidas a las longitudes ficticias equivalentes.
•"-"""I
118
dor o aparato de utilización, o bien la presión mínima de en trada al grupo regulador dc presión cuando dicho grupo sea preciso.
• El esquema de la red, representado cada tramo por un seg mento de línea recta, numerado según los puntos de utiliza
ción que alimentan. Por ejemplo se designará por (2.3.4) o abreviado (2.4), el tramo recorrido por el gas destinado a ser utilizado en los puntos 2, 3 y 4.
•
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
119
Aconsejamos establecer un cuadro recapitulativo en el cual se anoten, tramo por tramo, todos los datos: caudales, presiones en cada punto de utilización, longitudes lineales y equivalentes (co rrespondientes a los obstáculos), pérdidas de carga admitidas y los valores calculados de diámetro, velocidades de circulación
y presión residual.
3.6.
Los consumos de gas de cada tramo. Si los aparatos corres
Comprobación, ensayos, puesta en servicio y paro de la explotación
pondientes pueden funcionar simultáneamente a plena poten cia, el caudal a considerar en el ejemplo anterior será natu ralmente:
O,.,. (24) = Q„, (2) + Q,„(3) + Q,„(4)
En caso contrario, el caudal total será disminuido según el coeficiente de simultaneidad.
•
•
Se anotará, sobre cada tramo, la longitud real del mismo, agre
gando la longitud equivalente de los accidentes y accesorios. Toda singularidad situada en la unión de dos tramos será considerada en el tramo siguiente.
•
Una vez terminado el montaje de las instalaciones de gas y red interna de tuberías, y antes de su conexión con la acometida de suministro de la Empresa distribuidora, se realizan una serie de ensayos, que corrientemente son los siguientes:
buidora).
•
No debe olvidarse el señalar las posibles extensiones futuras de la red con indicación de la ampliación de consumo.
Una vez trazado el esquema y señalados todos los datos ante riores, se procederá al cálculo de cada tramo de tubería, utili zando los abacos de la fig. 31 para las bajas presiones (inferiores a 500 mm c.a. efectivos) o de la fig. 32 para las altas presiones (superiores a 500 mm c.a.). Se tomará siempre el diámetro co mercial por exceso. Establecidos los diámetros, se comprobará si las pérdidas de carga son las admitidas en cada caso, y si la velocidad de circulación del gas no sobrepasa los 30 m/s, con ob jeto de evitar ruidos y vibraciones. En caso necesario se adopta rán los diámetros superiores que correspondan a dicha velocidad. Resulta muy práctico utilizar para estos cálculos la regla de cálculo confeccionada a este efecto por «GAZ DE FRANCE» (lon gitud 27 cm, regla de oficina).
Ensayo de resistencia mecánica (prueba hidráulica) del con junto de tuberías y accesorios instalados (siempre que lo exi jan las reglamentaciones oficiales o de la Empresa distri Ensayos de estanquidad, que deben efectuarse siempre antes de la primera puesta en servicio o después de cualquier mo dificación de la instalación.
•
Control radiográfico de las soldaduras.
•
Ensayo de funcionamiento que tiene por objeto comprobar, con los aparatos de utilización en servicio, que la instalación, los aparatos de regulación, medida y control, así como la red de distribución interna, responden a las exigencias de explo tación previstas.
3.6.1.
Ensayo de resistencia mecánica
Este ensayo consiste en someter al conjunto de tuberías y accesorios de canalización y valvulcría a una presión hidráulica
de prueba, a excepción de los aparatos reductores dc presión, control y accesorios diversos garantizados por el constructor y aislados por una junta ciega.
1
^"l
1
120
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
121
El agua utilizada debe estar exenta de sedimentos en suspen sión. A continuación de la prueba, la canalización debe purgarse y secarse cuidadosamente.
• en media y alta presión, por un manómetro de columna de mercurio o por un manómetro metálico cuya sensibilidad sea, como mínimo, igual al 5 °/o de la presión de ensayo.
La presión de prueba será 1,5 veces la presión máxima sus ceptible de alcanzarse, con un margen de + 10 %.
Cuando se haya obtenido la estabilización de la presión en la canalización ensayada, se comprueba que la misma quede com pletamente aislada, por medio de válvulas o de bridas, del resto
La presión se controla por un manómetro, cuya precisión per mita evaluar el valor absoluto del margen citado.
de la instalación.
elementos enterrados, empotrados o colocados dentro de forros protectores deben haberse probado previamente.
No se procederá nunca a la localización de fugas de gas com bustible mediante el empleo dc una llama, cerilla, etc. Dicha loca lización se efectuará con un pincel mojado en agua jabonosa o en producto espumante, aplicado en todas las juntas, racores, soldaduras, estopadas, etc.
3.6.2.
3.6.3.
La presión debe mantenerse sin variación durante el tiempo necesario a la inspección de la instalación. Durante las pruebas las canalizaciones deben ser visitables en toda su extensión. Los
Ensayo de estanquidad
Este ensayo se realiza sobre el conjunto de canalizaciones y accesorios sometidos al mismo tipo dc presión. Durante los en sayos, toda la canalización debe ser visitable.
En general, el ensayo de estanquidad se efectúa con aire, con gas inerte o con el gas distribuido, y consiste en llevar el fluido a
la presión de ensayo y comprobar la ausencia dc fugas.
Control radiográfico de las soldaduras
El control radiográfico se efectuará en todas las uniones que se hagan con soldadura, al 100 °/o para las canalizaciones que puedan ser sometidas a una presión igual o superior a 32 kg/cm2. Para la canalización sometida a una presión inferior a 32 kg/cm2, las radiografías se liarán al 30 % de las soldaduras. En este caso, el ensayo se efectuará por muestreo, siguiendo el criterio de selección que establezca en cada caso la Empresa distribuidora.
Las presiones y tiempos de ensayo serán las siguientes: Presión de trabajo 0 a
350 mm c.d.a.
350 a 3 500 mm c.d.a.
3 500 mm a 2,3 kg/cm2 superior a 2,3 kg/cm2
Presión de ensayo 0,21 kg/cm2 1 kg/cm2 3,5 kg/cm2 Presión de trabajo X 1,5
Tiempo 10 minutos
24 horas 24
»
24
»
La presión deberá permanecer constante durante el tiempo de prueba, considerando las variaciones dc temperatura antes y al final del ensayo. La presión se medirá:
• en baja presión, por un manómetro dc columna de líquido.
3.6.4.
Ensayo de funcionamiento
Después de que se hayan realizado los ensayos de presión y estanquidad, deberá purgarse con gas la red, con el fin de expul sar el aire o los gases inertes de la prueba, de forma que quede en disposición de su puesta en servicio, sin peligro de mezclas explosivas. Para ello, se conectarán los extremos de la red con una man guera o tubería eventual, cuyo extremo de salida dc purga estará
al aire libre, y como mínimo a 3 m de cualquier edificio o toma de aire. También podrá purgarse mediante una antorcha o que mador dc purga precedido dc un cierre hidráulico anti-retorno de llama. Para conocer si la tubería está bien purgada se toma rán muestras con globo dc toma de muestras. En el lugar en
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
122
que se efectúe la purga, no se permitirá fumar, tomándose las máximas precauciones contra todo posible foco de inflamación. A continuación se efectuará un ensayo de funcionamiento de
•
123
Solicitar, finalmente, cuando la instalación esté terminada, la autorización de puesta en marcha y funcionamiento a la De
legación Provincial de Industria correspondiente.
toda la instalación, con el fin de comprobar que las presiones en
No se realizará la puesta en marcha, si el usuario no ha reci
distintos puntos de utilización son las prefijadas, y que todos
bido, por parte de la firma instaladora, las instrucciones para el
los aparatos de regulación, filtrado, contaje, etc., funcionan per fectamente. Siempre que sea posible, este ensayo se efectuará antes dc la puesta en servicio definitiva de la instalación. El re sultado dc este ensayo figurará en el dossier técnico de la insta lación. En caso de eventual puesta fuera de servicio de la insta
manejo y mantenimiento de la instalación.
lación, las conducciones de gas deberán igualmente purgarse
como anteriormente, empleando en este caso aire insuflado, to mando todas las precauciones necesarias para evitar cualquier inflamación. Es recomendable en cualquier caso, y especialmen te cuando la tubería sea de un diámetro igual o mayor de 100 mm, efectuar las purgas mediante anhídrido carbónico, nitrógeno o con una mezcla de ambos.
3.6.5. Trámites necesarios para la puesta en marcha
Para la puesta en servicio dc cualquier instalación, se reque rirá:
• Presentar el proyecto dc instalación y red interior dc distri bución a la Empresa suministradora dc gas para su aproba ción o reparos.
•
Solicitar la autorización dc la instalación a las Delegaciones Provinciales del Ministerio dc Industria correspondientes,
acompañando a la solicitud: memoria, planos, descripción dc aparatos y documentos oficiales dc timbrado dc filtros y de prueba de aparatos realizados por los constructores, así como actas dc verificación dc contadores o aparatos de medición,
exponiendo que la instalación cumple con lodos los requisi tos, reglamentos y normas exigidos por la Delegación de In dustria, así como por los exigidos por ENAGAS o la Empresa distribuidora.
•
Extender el Boletín de solicitud dc suministro a la Empresa distribuidora.
1
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CAPITULO IV
Quemadores industriales 4.1.
Definición y funciones de un quemador
Quemador es el órgano destinado a la producción de la llama, poniendo en contacto las cantidades necesarias de aire y gas para que se realice la combustión.
El quemador tiene por función:
•
Asegurar la mezcla de aire y gas en proporciones convenien tes y mantenerla constante entre determinada gama de cau dales.
• Permitir la regulación de los caudales de aire y gas. •
Mantener la estabilidad de la llama.
•
Dar a la llama las dimensiones apropiadas a las del recinto
•
Dar, eventualmente, a la llama un poder de radiación sufi
donde se efectúa la combustión. ciente.
El comburente generalmente empleado es el aire frío. En al gunos casos se emplea el aire caliente. Excepcionalmente puede ser aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro.
La llama debe ser estable, es decir, no debe desprenderse del quemador ni propagarse a su interior, para lo que debe tenerse en cuenta su velocidad de salida respecto a la velocidad de pro pagación de la llama. Si la velocidad de salida es superior a la
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QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
126
de propagación de la llama, ésta se desprende del quemador. Si es inferior, la llama se propaga al interior del quemador, donde arde (caso de mezcla previa de gas y aire). En los quemadores industriales existen, no obstante, diversos dispositivos para esta bilizar la llama con velocidades de salida elevadas.
Los quemadores standard no permiten siempre la adaptación de la llama al recinto o cámara de combustión donde se desarro
lla, particularmente cuando deben trabajar con una extensa gama de caudales. En efecto: la sección de salida de la mezcla aire-gas tiene un valor constante; las variaciones de caudal se obtienen
por variación de la presión, por lo que la velocidad de salida de la mezcla no permanece constante y, en consecuencia, la di mensión de las llamas varía.
Los quemadores que funcionan con varios gases de distinta naturaleza se llaman «multigás» o «todogás»: los que pueden fun cionar con distintos combustibles se llaman «mixtos» o «multi-
combustibles». Generalmente, el segundo combustible es líquido. Normalmente, fuel-oil.
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127
de anhídrido carbónico, vapor de agua y nitrógeno del aire de combustión. Pueden también comprender oxígeno (en exceso) y anhídrido sulfuroso y sulfúrico en las combustiones con conte nido de azufre (especialmente en el caso de fuel-oil y de carbo nes). Estos dos últimos cuerpos son despreciables en los produc tos de combustión del gas natural distribuido. Si la combustión es incompleta, se encuentran en los produc tos de combustión inquemados o productos de reacción parcial, especialmente óxido de carbono e hidrógeno, así como, eventualmente, metano, etc. Pueden incluso encontrarse inquemados só lidos en suspensión (carbono libre).
Las llamas y los productos de combustión son medios quími camente activos frente a los cuerpos que se encuentran inmersos
en ellos. En condiciones definidas de presión y temperatura, esta acción puede ser reductora, neutra u oxidante respecto a los productos tratados pero, prescindiendo de ello, se puede hablar únicamente de combustión con falta de aire, teórica o estequiométrica, y con exceso de aire.
Si el gas y el otro combustible puede quemar conjuntamente,
La acción de los productos de combustión sobre los metales
el quemador es de marcha simultánea. De lo contrario, es de
no solamente es oxidante, neutra o reductora, sino que puede ser
marcha alternativa.-
carburante o descarburante.
Las llamas se clasifican, según el modo dc mezclarse el aire b
4.2.
Características de la llama y de los productos de combustión
La llama es el límite del espacio en donde tiene lugar la reac
ción dc combustión. Es pues un volumen de gas delerminado del que es posible conocer sus dimensiones. Especialmente la longi tud de llama es una noción utilizada corrientemente.
Hay que señalar que los quemadores catalíticos (activación química dc las reacciones) o dc combustión alveolar o sobre masa de contacto (activación física dc las reacciones en contac
to con un sólido caliente) permiten una combustión sin llama aparente, es decir, sin llama visible.
Productos dc combustión son los gases desprendidos dc la llama. Si la combustión es completa, se componen -sencialmcnte
y el gas, en llamas de mezcla previa y llamas sin mezcla previa. A estas últimas se las conoce también como «llamas de difusión», aunque se utiliza preferentemente esta designación para las ob tenidas por derrame del gas sólo en la atmósfera.
Las llamas dc difusión pura son las obtenidas por derrame dc gas puro a través de unos o varios orificios. Según el régimen del derrame, aunque el aire de combustión siempre sea tomado de la atmósfera por difusión, se clasifican en:
• •
llamas de difusión pura laminares, o llamas blancas, llamas dc difusión pura turbulentas, o llamas dc antorcha.
En las llamas obtenidas por derrame separado del aire y del gas, el grado de turbulencia disminuye el tiempo de mezcla y, por consiguiente, el tiempo de combustión.
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129
GAS NATURAL
128
Las llamas de premezcla son las obtenidas por mezcla previa parcial o total del gas y del aire de combustión.
porcional a la distancia que separa la reacción en un instante determinado del estado final, es decir, de la combustión com pleta».
Estos tres tipos dc llamas tienen, cada uno de ellos, propieda
des bien definidas, aunque en muchos casos es posible obtener con llamas del segundo tipo resultados prácticos idénticos a los de las llamas del tercer tipo o dc premezcla.
Las llamas dc difusión vienen caracterizadas por el valor del
número de Reynolds y del chorro dc gas, en la sección del orificio de salido del quemador.
Si el número dc Reynolds es inferior a 1500, aproximada
mente, se obtienen las llamas dc difusión pura en régimen la
4.3.
Volumen de la cámara de combustión
El volumen de la cámara de combustión (recinto donde se
desarrolla la llama) depende del tipo dc combustible y de las características del quemador. Utilizando gas como combustible, y para una cámara equipada con quemadores corrientes con pre mezcla previa de gas y aire, el volumen de la cámara de com bustión se calcula por la fórmula:
minar.
Si el número de Reynolds es superior a 10 000, se obtienen
V =
Qv
llamas de difusión pura en régimen turbulento.
En las llamas de difusión, la combustión se realiza tanto más
rápidamente cuanto más rápida es la mezcla de aire y gas. La combustión más lenta se obtiene con las llamas dc difu sión de un chorro dc gas puro en el aire. Para las llamas alimen
tadas con aire y gas a presión sin mezcla, el tiempo de combus tión es tanto más corto cuanto menor es el tiempo de mezcla.
siendo: V = volumen de la cámara en m3
Q = potencia calorífica en termias por hora. Qv = carga volúmica (o tasa de combustión) en te/h por m3 de cámara.
Por ejemplo, los tiempos dc mezcla son decrecientes para: — chorros paralelos separados dc aire y gas,
—chorros paralelos divididos que favorezcan la mezcla, — derrames de fuerte turbulencia, obtenidos por convergencia o rotación dc los chorros, o incluso por medio dc obstáculos colocados en su recorrido.
En las premezclas dc aire y gas. ios tiempos de combus tión son evidentemente más cortos.
En una llama, al principio dc la combustión, las moléculas de comburente y de combustible reaccionan muy rápidas, pero a medida que la combustión avanza los cuerpos en reacción se diluyen en l"s productos
l'-unn es pro-
En el cuadro siguiente damos los valores de carga volumé trica admisible en una cámara de combustión para algunos tipos dc quemadores, y diferentes valores de Qx / Q„ para los valores medios del coeficiente K encontrados experimentaimen te en hor nos industriales, siendo Q t / Q„ la relación entre la cantidad to
tal de calor efectivamente desprendida por la combustión en el instante / y la cantidad total de calor que puede desprenderse por la combustión. Damos los valores de la carga volúmica (carga volúmica o carga específica) para valores de
Qx
de 0,5; 0,6; 0,7;
0,8 y 0,9 en una cámara de combustión donde ésta no se realiza completamente
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130
Coe
ficien te
Tipo de quemador
K
Quemadores sin pre
0,6
0,7
0,8
0,9
1875
1250
790
515
312
2
2 500
1670
1050
690
410
2.5
3 100
2 080
1320
865
520
3
3 750
2 500
1580
1035
625
5 000
4 340
2100
1380
835
6 250
4 170
2 630
1725
1040
Quemadores construidos
1,5
de obra en el horno dc
a
Quemadores construidos de obra en el horno de
de combustión (sin prccalentamiento) 0,5
mezcla
corrientes paralelas
Caraa volumétrica en termias/h X m3 pa ra diferentes valores Qt/Qo en la cámara
corrientes convergentes
Quemadores metálicos
a
de turbulencia débil
4
5
Quemadores metálicos
a
6
7 500
5 000
3160
2 070
1250
de turbulencia fuerte
Quemadores de mezcla
8
10 000
8 670
4 210
2 760
1670
previa
a
12500
8 350
5 260
3 450
2080
10
4.4. Definiciones comunes a todos los quemadores de gas Potencia térmica
Es la cantidad de calor en kcal/h que puede proporcionar un
quemador. Su valor es el producto del caudal en m/h del que
mador utilizado por el poder calorífico inferior del gas. También puede denominarse caudal o carga térmica.
Según el valor de este producto, los quemadores pueden cla
sificarse, en primera aproximación, en: domésticos cuando di cha cantidad dc calor es inferior a 25 000 kcal/h; comercíales, cuando la potencia está comprendida entre 25 000 y
131
Este dato es importante en el proyecto de la cámara de com bustión. Una carga térmica elevada requiere un tipo de material refractario que resista mejor la temperatura que la de una cá mara con carga térmica baja, en donde la radiación de la llama se distribuye mejor y donde la temperatura de la cámara de combustión es más baja. Potencia específica
Es el cociente entre la cantidad de calor en kcal/h suminis
trada por el quemador o potencia térmica, y la sección de los orificios de salida del mismo.
Velocidad de propagación de la llama
Es muy importante en el proyecto y fabricación de quema dores, ya que determina la posibilidad de desprendimiento de la llama de la boca del quemador o bien el retroceso de la misma.
Para que la llama de un quemador de gas sea estable es pre ciso que la velocidad de salida del gas de la boca del quemador no sea mayor ni menor que la velocidad de propagación de la llama, y esté comprendida entre la velocidad de retroceso de la llama y la velocidad de desprendimiento de ésta. Modulación de un quemador
Es la relación entre el caudal térmico máximo y el caudal térmico mínimo compatible con un funcionamiento correcto del quemador (estabilidad de la llama, ausencia de inquemados, etc). La modulación de ciertos quemadores puede alcanzar valo res muy elevados (50 veces o más). Cuando se exigen caracterís ticas de llama parecidas variando el caudal, la modulación del quemador adquiere valores mucho más modestos (5 a 10, máx.).
150 000 kcal/h; industriales, cuando la polencia sobrepasa
Impulsión
las 150 000 kcal/h.
La impulsión es la suma de dos términos: el caudal dc la cantidad dc movimiento y de la presión estática. Para un in yector (suponiendo la velocidad uniforme en la sección de sa: lida), la expresión de la impulsión viene dada por:
Carga volumétrica
Es la carga téimica por metro cúbico. Su valor es el cociente entre la potencia total suministrada por un quemador y el vo lumen del recinto en que la llama se desarrolla.
G = Q,„ Vs + (P< — Pe) Ss
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132
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Qm caudal máximo del fluido (kg/s) V3 velocidad del fluido en la sección de salida del inyector
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La impulsión tiene las dimensiones de una fuerza (Newton o kgf; 1 N = 0,102 kgf).
quemadores túnel intensivos.
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P, presión del fluido en la sección de salida del inyector (Pa)
Aplicándola no solamente al chorro de gas combustible, sino también a los productos de combustión, puede utilizársela en los
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La noción de impulsión se utiliza para ciertos quemadores de hornos, como pueden ser los hornos Martin para fusión de acero y para hornos de fusión de vidrio.
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4.5.
Clasificación de los quemadores
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• •
el principio de funcionamiento, el tipo de construcción,
•
las características de utilización.
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una denominación diferente.
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una utilización determinada.
Por ello, la Comisión de Utilización de la I. G. U. (Internatio nal Gas Union) ha establecido una clasificación numérica que caracteriza sus diferentes variables, independientemente de que un mismo tipo de quemador pueda recibir de cada constructor
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Ninguna de estas clasificaciones es suficiente para definir sus características y facilitar la elección dc un quemador en vista a
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Diversos autores se han preocupado, desde hace tiempo, por el problema de la clasificación lógica de los quemadores; ésta po
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QUEMADORES INDUSTRIALES
135
GAS NATURAL
134
Quemador de aire y gas separados, de derrame
En esta clasificación, cada quemador queda designado por un
convergente en pieza cónica. Quemador de caldera con lanzas de gas.
grupo de 6 cifras, de las que cada cifra puede tener diversas variantes:
cifra: cifra:
tal sobre una bóveda refractaria (el mezclador no forma parte del quemador). aire-gas.
riantes). cifra:
cifra: precalentamiento o no del aire de combustión (3 va riantes).
Las diferentes cifras a utilizar son las siguientes (cuadro «Cla sificación de los Quemadores industriales»).
Los quemadores de gas pueden ser de dos tipos genéricos: • quemadores de mezcla previa (aire y gas),
• quemadores de alimentación separada aire y gas (sin mezcla previa).
• Quemador de rampa o antorcha de inducción at 411.011
• Quemador de joyería con aire y gas separados.
722.011
•
371.441
Quemador dc choque.
4.6.1.
Quemadores de mezcla previa
Producen, como hemos dicho, llamas de mezcla previa carac
terizadas porque una parte (aire primario) o la totalidad del aire necesario a la combustión completa, se mezcla con el gas
• Quemador de radiación o alta temperatura, pieza refractaria de orificios múltiples cilindricos, reci
biendo la premezcla total de aire y gas bajo pre sión procedente de una cámara de mezcla.
742.061
4.6. Tipos de quemadores
Ejemplos: mosférica.
361.441
Quemador de combustión sumergida sin premezcla
3.a cifra: derrame de aire-gas en los orificios de salida (6 va manera de estabilizar la llama (4 variantes), localización de la combustión (7 variantes).
723.213
Quemador de derrame tangencial de premezcla to
modo de formación de la mezcla aire-gas (7 variantes), categorías de presión de alimentación en aire y en gas (7 variantes).
cifra:
723.222
a la entrada del quemador o inmediatamente antes del mismo. 221.252
• Quemador de masa de contacto alimentado con
En caso necesario, se admite parte del aire (aire secundario)
correspondiente a la combustión completa, con objeto de termi nar dicha combustión.
premezcla por mezclador de aire inductor y gas distendido (el mezclador, que puede ser común a
varios quemadores, no forma parte del quemador).
375.431
Panel radiante catalítico.
715.071
Quemador de chorro (jet). Quemador dc chorro (jet). Quemador dc chorro (jet). Quemador radiante a alta temperatura de copa. Quemador dc tubo radiante a alia temperatura, con recuperador incorporado. Quemador para horno Hollinan de cerámica.
220.251 371.251
Un quemador de mezcla previa está caracterizado por: • Su potencia específica unitaria (relación de la potencia tér mica a la sección del orificio de salida).
• El factor de aire de la premezcla (relación de aire primario respecto al aire teórico). La estabilidad de la llama está afectada por dos fenómenos
743.251
371.441
722.063 712.011
que se manifiestan de manera opuesta: •
El retorno de llama.
•
El desprendimiento de llama.
"^
GAS NATURAL
136
QUEMADORES INDUSTRIALES
Las diversas técnicas de estabilización de las llamas ponen
en práctica las consideraciones teóricas concernientes a estos dos fenómenos, utilizando la influencia favorable de ciertos factores y reduciendo la acción nefasta de aquellos cuya influen cia es desfavorable a la estabilidad.
En los quemadores de premezcla, ésta tiene que efectuarse en un mezclador que tiene por objeto suministrar al quemador una mezcla de aire y de gas, de la que se fija la proporción, el caudal y la presión. La proporción está caracterizada por la relación
• el aire comprimido aspira el gas, que es parcialmente despre surizado o reducido a la presión atmosférica: mezcladores de AIRE INDUCTOR Y GAS DESPRESURIZADO;
•
el aire y el gas están ambos a presión.
Los dos primeros casos son los más corrientes. En el cuadro siguiente se comparan ambos tipos de mezcladores de inducción. Mezclador de inducción
Mezclador de aire inductor
atmosférica
y gas despresurizado
aire/gas. Existen varios sistemas dc mezcla:
•
máquinas de mezcla, compuestas dc un surpresor con un mez clador de dos orificios calibrados en la aspiración, alimenta dos por aire atmosférico y gas regulado a la presión atmos
Sencillez de construcción
Construcción más complicada (regu lador dc gas)
Utiliza sólo la presión del gas
Exige un surpresor de aire
Precio de compra bajo
Precio de compra gravado por el del regulador de gas y el surpresor de
férica. Estas instalaciones son conocidas con el nombre de
aire
«grupos dc premezcla»; •
cámaras Dii mezcla, alimentadas con aire y gas a presión por
dos canalizaciones provistas de válvulas de regulación pro gresivas y de mando simultáneo. Una mezcla dc ese tipo se obtiene según la disposición esquemática de la íig. 36; •
137
mezciadorus ni- inducción, dispositivos (generalmente un in yector y venluri) en los cuales se utiliza la energía de un flui do para aspirar al otro. Son los empleados más frecuente
Presión de mezcla baja
Presión de mezcla elevada
Modulación 1 a 3 como máximo
Modulación pudiendo sobrepasar 1 a 5
Sensibilidad a las contrapresiones
Insensibilidad a las contrapresiones
de las cámaras de combustión
dc las cámaras de combustión
Tamaño excesivo para los quemado res dc gran caudal
Tamaño que no puede ser muy re ducido para los quemadores de pe queño caudal
Factor de aire casi siempre inferior
Factor de aire primario elevado, pu diendo sobrepasar fácilmente la
a la unidad
mente.
unidad
Regulación Potencia: válvula de gas. Relación aire/gas: aro regulación aire Fig. 36. — Esquema de cámara de mezcla.
Energía: no es necesaria energía su plementaria (presión normal del gas)
Regulación Potencia:
válvula de aire. Relación
aire/gas: sección de paso del gas despresurizado
Energía: consumo de energía suple mentaria (electricidad) para el sur presor de aire
En los mezcladores dc inducción se distinguen los casos si guientes:
9 el gas a la presión dc la red o comprimido es el Huido induc tor que aspira el aire ambiente: mi/cladori-s ni- inducción atmosférica;
4.6.1.1.
Quemador dc mezcla previa por inducción atmosférica
Está constituido por un venturi cuyas características de cons trucción pueden ser, por ejemplo, las indicadas en la fig. 37 adjunta.
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QUEMADORES INDUSTRIALES
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139
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138
Salida de la mezcla
5o < a < 10° 6 0e
2,5 0c
Inyector de gas Fig. 37
Aire primario bajo presión Aire secundario Gas
atmosférico
bajo presión
La forma del cono convergente tiene poca influencia en la
Fig. 38
aspiración del aire. Es preferible que termine en una parte cilin drica a fin de que la pérdida de carga sea la más baja posible. Los mezcladores de inducción atmosférica corrientes, alimen
Los mezcladores de este tipo pueden construirse para poten cias unitarias de hasta 1 000 termias/h. Normalmente alcanzan
no es necesario en la premezcla obtener la cantidad de aire
tados con gas a muy baja presión (100 mm c. a., por ejemplo), no permiten más que un arrastre de aire próximo a los 3 m3 de aire por m3 de gas, por lo que resulta insuficiente a todas luces para el gas natural, el cual necesita de 10 a 12 m3 de aire para su combustión completa. Dicho valor es suficiente, no obstante, para una llama libre, ya que el aire secundario lo toma por difusión
teórica.
del aire ambiente alrededor de la llama.
potencias de 25 a 250 termias/h. La ventaja del sistema es su gran simplicidad y bajo coste. Se emplea cuando se dispone dc presiones de mezcla próximas a la presión atmosférica y cuando
Su principal inconveniente reside en la sensibilidad del arras tre de aire a las variaciones dc presión en el recinto o cámara donde está colocado el quemador.
La fig. 38 representa un quemador industrial de ese tipo. La regulación del caudal de gas se obtiene por variación de la pre sión en el inyector (basta abrir y cerrar progresivamente la vál vula de gas). La regulación del aire en un quemador de este tipo,
Para la alimentación de recintos cerrados: cámaras de com
bustión, hornos, tubos, etc., dicho valor es insuficiente, debiendo
recurrírse a mezcladores de inducción atmosférica especiales de alta presión de inyección y doble inducción, los cuales dan un arrastre de aire más elevado y suministran una mezcla combus tible próxima a la composición estequiométrica.
alimentado con gas a presión constante, puede hacerse:
Los quemadores de mezcla por inducción atmosférica son, prácticamente, los únicos utilizados en las aplicaciones domés
• por obturación de la sección de entrada del aire, que puede ser por disco roscado, por anillo móvil obturando los orificios
ticas, con excepción de algunos quemadores de llama blanca y quemadores automáticos de calderas de calefacción y de calen tadores de agua, que actualmente ya han caído en desuso.
de entrada de aire, o por capuchón deslizante sobre el in yector;
61 por desplazamiento dc la boquilla del inyector respecto al venturi;
•
por estrangulannento del cuello del venturi (no recomen dable).
En aplicaciones industriales, los mezcladores dc inducción atmosférica alimentan quemadores de llama libre: antorchas, pipas, quemadores de corona; sin embargo, también la boca del quemador puede desembocar en un recinto dc obra, en un túnel, sobre una superficie refractaria, etc.
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
En la fig. 39 se representa un quemador para hornos indus triales con gas a alta presión de doble inducción atmosférica de aire. La presión del gas puede alcanzar y sobrepasar los 3 m de
La regulación de los caudales de aire y gas se hace separa damente. El usuario debe por lo tanto proceder a la regulación de la potencia y de la naturaleza de la combustión.
columna de agua.
Estos quemadores permiten obtener una proporción de aire bastante elevada y una presión de la mezcla superior al caso de quemadores de inducción atmosférica.
140
141
Se utilizan mucho en quemadores de llama libre, quemadores antorcha y sopletes, donde el usuario puede juzgar fácilmente el resultado de su regulación, tanto por el efecto térmico pro ducido como por la acción oxidante o reductora de la llama sobre el producto tratado.
La fig. 40 representa un mezclador con aire inductor a presión y gas despresurizado a la presión atmosférica.
Fi». 39
Fig. 40.
4.6.1.2. Quemador dc mezcla previa por aire inductor
La mezcla se realiza, en este caso, con un inyector de aire a
presión, tomando el gas a la presión dc la red o reducido a la presión atmosférica.
Estos últimos mezcladores permiten alcanzar relaciones airegas que sobrepasen la proporción eslequiométrica, así como que dicha relación aire-gas permanezca constante para variaciones dc caudal de 1 a 5.
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La presión del aire se obtiene, según el valor de dicha rela ción, mediante ventiladores centrífugos o supresores volumétri cos de paletas o de pistones rotativos (tipo Roots).
143
un pistón que se desplaza según el valor relativo de la presión de mezcla, después de las lumbreras, respecto a la presión del aire.
Los mezcladores de aire inductor y gas despresurizado se em
plean mucho para quemadores dc hornos o aparatos térmicos que necesitan una fácil regulación de la potencia en una amplia gama, manteniendo constante la relación aire-gas, es decir, con servando constante la composición de los productos de combus
Accionamiento del regulador por la presión de aire
Pistón de traslación
vertical provisto de lumbreras
Camisa provista de lumbreras
tión. Mando manual
de desplazamiento de la camisa
4.6.1.3. Quemadores de mezcla previa en máquinas mezcladoras
Las máquinas mezcladoras permiten obtener una mezcla de
composición y presión rigurosamente constante. El principio se basa en un surpresor alimentado en la aspiración por aire y gas a la presión atmosférica, los cuales penetran por orificios cali
brados cuyas secciones fijan la relación aire-gas. Como las máquinas mezcladoras se utilizan para producir una mezcla de composición próxima a la estequiométrica, el poder calorífico de la mezcla es aproximadamente el mismo para to dos los gases combustibles. Dichas máquinas se construyen hasta 4 000 mVh de mezcla, que corresponde sensiblemente a 40 000 ter mias/h en el caso dd gas natural. Este sistema dc mezcla permite variaciones dc caudal de 1 a
20. Se utiliza principalmente para quemadores intensivos, que madores túnel de impulsión y quemadores radiantes dc alta tem
Gas
—¥•
.Aire filtrado
Regulador de presión de gas
Membrana de mando del pistón
Cilindro en depresión Mezclador.
Gas
Aire
Mezcla
Fig. 41. — Mezclador de máquina de mezcla.
peratura, que exigen generalmente una mezcla total (con lodo
4.6.1.4. Quemadores dc llamas libres alimentados en premezcla
el aire estequiométrico) a tina presión importante. La constan cia de la mezcla permite una regulación precisa de temperatura sin modificación dc la atmósfera dc los bornos. Se emplean, por ejemplo, en ciertos quemadores de calentamiento de feeders dc
das a los orificios de salida del quemador sin contacto con una
hornos dc vidrio.
La figura 41 representa un Upo de mezclador que se halla normalmente en el mercado, en el cual la presión del gas se iguala a la presión del aire (que puede variar por colmatación
del filtro de aire), y donde la variación de caudal se produce por la variación de las secciones de las dos lumbreras, accionadas por
Los quemadores de llama libre son los que dan llamas pega pared o cono refractario, alimentados con mezcla previa dc aire por cualquiera de los sistemas descritos anteriormente. Así pues, los orificios de salida y los medios de estabilización de la llama, tienen considerable importancia. Disminuyendo el diámetro de los orificios de salida se reduce
la tendencia del quemador al retorno de llama al interior del
mismo. Este principio se aprovecha, sobre todo en los quemado res domésticos (rampas de gas, quemadores corona, etc.), re-
1
r^%
144
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
partiendo la sección de salida en múltiples orificios iguales o menores 3 mm, como indica la figura 42. El aumento de la relación profundidad a diámetro de los orificios de salida, au
menta la resistencia al retorno de llama, cuya propiedad es uti lizada en las placas refractarias de los paneles radiantes.
145
En la figura 44 se muestran otras soluciones adoptadas por diversos constructores en los quemadores de antorcha.
Los quemadores de llamas libres alimentados con premezcla
pueden ser: quemadores de antorcha, quemadores de rampa, quemadores de corona y quemadores de pipa.
Fig. 42. — Esquema de taladrado de orificios circulares para quemado res domésticos.
bj. ECLIPSE
a) _ A.E M
Por otro lado, para evitar en los quemadores de llamas libres el soplado de la llama, se disponen en la cabeza del quemador una serie de orificios pequeños periféricos por los que pasa una parte pequeña de la mezcla previa de aire y gas, de forma que la serie de llamitas auxiliares que se producen, asegure mantener la llama principal del quemador sin desprenderse del mismo.
áj- NORTH
ejLSOFIM
AMERICAN
Aire secundario
La cabeza del quemador va provista, generalmente, de un reborde destinado a proteger las llamas auxiliares de la corriente de convección debida al arrastre de aire secundario en la base
de la llama principal. En la figura 43 se muestran dos tipos de cabeza de quemador de antorcha con estabilización de llama,
Fig. 44. —Diferentes soluciones de orificios de salida con llamas estabilizadas en cabezas de quemadores antorcha.
según el principio descrito.
Los quemadores de antorcha son los más sencillos y económi cos. El prototipo de ellos es el mechero «BUNSEN», que todos conocemos.
Metal ondulado
W
I
Los quemadores de rampa están constituidos por un tubo o
f
conducto de la mezcla aire-gas, donde se han practicado unas ranuras o taladrado unos orificios, regularmente espaciados para permitir la toma de aire secundario, y suficientemente próximos para asegurar el encendido progresivo por propagación de la llama.
Cabeza de quemador de antorcha ÍT,1
Fi¡.\ 4.Í.
Cnboza do quemador de antorcha equipado do una cotona do oslahiliznción
I lamas ausiliures dr i ' labilizac i'
La figura 45 muestra un tipo de quemador con rampas múl tiples, formadas cada una de ellas por un inyector atmosférico tipo venturi que se prolonga en un tubo de acero provisto de ranuras perpendiculares al eje del mismo, donde tiene lugar la
llama de combustión del gas.
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1
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QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
146
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. Platina
147
Ver detalle «A»
Ranuras
Inyectores
_ Detalle «A»
_
. Mezclador de inducción atmosférica
Fig. 45. —Quemador de rampas múltiples de inducción atmosférica para transformación de calderas de calefacción.
Los quemadores de corona no difieren en exceso de los que madores de rampa, pero cada día se utilizan menos, excepto en algunas aplicaciones comerciales. En ellos, la rampa está sus tituida por un tubo circular formando una o varias coronas pro vistas, igualmente, de ranuras u orificios.
Los quemadores de pipa están formados por un cuerpo en forma de pipa, sobre cuya cabeza se coloca una tapa amovible o roscada que está provista de orificios de salida, generalmente en forma de ranuras. La figura 46 representa un quemador pipa industrial con dispositivo estabilizador por llamas auxiliares. El detalle «A» muestra la sección aumentada de los orificios de sa
lida. La figura 47 muestra uno de los tipos de quemadores pipa de cocina doméstica. En este tipo no hay llamas auxiliares pro cedentes de orificios separados, sino que la mezcla sale por un orificio circular único en el que la pérdida de carga varía según la altura del orificio. Como se aprecia en el detalle «A», los vec tores Vi, Vz y V¡ representan las velocidades locales de salida de la mezcla por el orificio circular único en el que se realiza de abajo a arriba V3 > V2 > V,. 4.6.1.5.
Quemadores de premezcla, con combustión en contacto con un refractario
Una superficie refractaria incandescente sirve para estabilizar la llama. Este fenómeno interviene en la mayor parte de hornos
Fig. 46. —Quemador de pipa de uso industrial con llama auxiliar estabilizadora en corona.
Ver detalle «A«
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Detalle «A»
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v, > Vj
Fig. 47. —Quemador de cocina doméstica, llamado autoestable.
y hogares. Cuando la superficie refractaria es un orificio troncocónico, la velocidad de derrame de la mezcla aire-gas decrece al mismo tiempo que aumenta la sección, y el punto de llama se estabiliza en la sección en la cual la velocidad de derrame y la velocidad de propagación de llama son iguales. La figura 48 es-
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Gi4.S NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
quematiza varias posiciones que puede ocupar el frente de llama
La figura 49 representa una cabeza de quemador equipada de un cono de combustión muy cerrado, puesto que su ángulo en el vértice es de 12°. Se observará que la pieza refractaria tiene en primer lugar un cuello cilindrico que favorece la formación de un régimen de derrame estable. Un orificio dc tal tipo se presta muy poco a variaciones de caudal, pero permite, debido a la sección de salida moderada (ángulo pequeño) y a la pe queña expansión del chorro, obtener un efecto de convección bas
148
en una pieza refractaria cónica, llamada cono de combustión, correspondiendo la posición a) a un caudal pequeño (poca velo cidad de salida) y la posición c) a un caudal elevado.
149
tante intenso en el horno. Debe observarse que la cabeza metá lica del quemador tiene mucho espesor y está provista de un dispositivo especial para asegurar un enfriamiento importante.
Fig. 49. — Quemador con pieza refrac taria dc combustión cilíndrico-cónica, bastante cerrada.
Fig. 48. —Diferentes posiciones del frente de llama en un cono de combustión de refractario.
La velocidad de salida de la mezcla y la velocidad de propa
gación de la llama dependen de la temperatura y, por consiguien te, el equilibrio del frente de llama puede modificarse con la temperatura.
El cono de combustión debe tener una sección de entrada
junto al quemador y una conicidad tales que el frente de llama quede estabilizado siempre para diferentes caudales dentro del cono refractario. Si el ángulo del cono es muy abierto, la llama tendrá tendencia a penetrar dentro del tubo del quemador. Si el ángulo es muy cerrado, la velocidad dc derrame puede ser muy alta y la llama se desprende del cono, pudiendo llegar a su extinción si el hogar del horno o cámara de combustión no está incandescente. Los ángulos del cono en su vértice acostumbran a estar comprendidos entre 10° y 35°, variando en posición in versa según el espesor de la pared refractaria del horno.
La figura 50 representa un quemador antorcha seguido de un cono de combustión, pero permitiendo la entrada de aire secun dario entre la cabeza del quemador y el orificio de entrada. La llama se mantiene pegada al quemador como si se tratase de un quemador libre, pero el cono de combustión tiene la función de estabilizador secundario.
Es posible, sin embargo, realizar la combustión de una mez cla aire-gas en una pieza refractaria muy poco cónica o cilindrica, a condición de recurrir a ciertos artilugios en la boca del que mador.
La figura 51 presenta un primer ejemplo en el que la pre mezcla llega en corona y forma una delgada capa que se de rrama tangencialmente a la pared cilindrica de la pieza. Un se gundo ejemplo se puede ver en la fig. 52, donde la mezcla circula a velocidad relativamente elevada y en donde el frente de llama se pega al refractario muy caliente obteniéndose así una estabi lización complementaria por la brusca reducción dc la velocidad en la zona alargada, lo que permite una rápida expansión de la llama.
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I
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
150
4.6.2.
151
Quemadores sin mezcla previa
Son de dos tipos: Airo secundario
Premezcla parcial
•
Quemadores de llama blanca.
•
Quemadores de llama de difusión en régimen turbulento.
Los primeros tienen poco interés para las aplicaciones indus triales y eran muy usados en aplicaciones domésticas (calentado res instantáneos de agua) y comerciales (cafeterías, snacks). Sin embargo, se han ido sustituyendo progresivamente por
boquillas aireadas, que son pequeños quemadores de inducción Fig. 50. —Quemador antorcha desembocando en cono de refractario con
atmosférica roscados en las rampas de gas.
admisión de aire secundario. Gas
Grifo de regulación
Mezcla aire-gas
Entrada regulable de aire
Piloto de
encendido
Fie 51. —Quemador con pieza refractaria alimentado con mezcla previa aire-gas, por chorro anular en derrame tangencial a la supcrhcie retractaría.
Tapa de los orificios de calentamiento
Tubo de conducción de aire
,
Tubo de gas
Mezcla
Productos a
tratar
Gas
Productos a tratar
Fig. 53. — Quemador de gas natural de alta presión para liorno Iloffmann de cocción de productos cerámicos de tierras rojas.
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G/1S NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
Los quemadores de llama de difusión en régimen turbulento son muy utilizados en los hornos industriales. La figura 53 repre senta un quemador utilizado en los hornos Hoffmann de cerá mica, previsto para ser instalado en la bóveda del horno en el lugar ocupado por los antiguos quemadores de carbón pulve
Se puede igualmente favorecer la mezcla promoviendo un de rrame giratorio a uno de los fluidos. Este procedimiento no ex
cluye el conservar cierta convergencia de los chorros. La figura 56 corresponde a un quemador de este tipo, en el cual se imprime al gas un movimiento helicoidal gracias a unas aletas dispuestas
rizado o de fuel-oil. Este quemador está formado por un
sobre el tubo central, mientras que la corriente de aire converge
tubo de inyección de gas puro, con admisión parcial de aire frío alrededor del tubo, pero la mayor parte del aire de com bustión es aire caliente que circula en el túnel del horno, y que ha adquirido su calor sensible por recuperación de los productos
alrededor del chorro de gas en una pieza en forma de venturi. La figura 57 corresponde a otro quemador similar en donde se imprime al aire un movimiento giratorio centrípeto. Estos que madores existen hasta potencias de 10000 termias/h, y su caudal
tratados en su fase de enfriamiento. Actualmente el gas se su
puede variar de 1 a 4.
152
ministra al quemador a una presión efectiva del orden de 1 a 2 kg/cm2, y las potencias unitarias están generalmente compren didas entre 50 y 100 termias/h. Esta presión elevada ha sido es cogida para obtener un chorro de gas puro cuya combustión se
Aletas
Atabes directrices
153
Aire
desarrolla en toda la altura del horno. Aire
Airo
Gas
Fig. 56. — Quemador de ro tación del gas (SchmitzApelf).
Gas
Gas
Fig. 54. — Quemador dc co rriente
convergente de (Meverholcr).
aire
Aire
Fig. 55. — Quemador de corriente divergente de tías (C. F. I.).
Las figuras 54 y 55 representan dos realizaciones clásicas de quemadores de corrientes convergentes o divergentes de aire y de gas, ambos alimentados a presión, en los que se crea una
Fig. 57. —Quemador de rotación del aire (O. F. U.).
También existen quemadores sin mezcla previa que producen chorros paralelos divididos. El principio consiste en subdividir
los chorros de aire y de gas que se derraman paralelamente. Esta solución da, en general, un tiempo de mezcla más largo y pro duce una longitud dc llama mayor que en los quemadores de chorros convergentes. Esta técnica se ha empleado especialmente para ciertos quemadores de tubos radiantes a alta temperatura, o en quemadores destinados a producir llamas luminosas en
marcha mixta con fuel-oil. Las figs. 58, 59 y 60 representan que
turbulencia artificial a fin de que la llama producida sea corta
madores de este tipo.
y caliente, similar a la producida en quemadores de mezcla previa. Los orificios de salida dc aire del quemador de la figura
Finalmente, la figura 55 muestra un quemador de chorros di vergentes cuya particularidad reside en la forma de la pieza re
54 se taladran oblicuamente, de forma que generen una corriente
fractaria de estabilización de llama que, en lugar de ser de un
tangencial que favorezca una mezcla rápida
solo tronco de cono, está formada por varios troncos de cono
tiempo corto de mezcla.
consecutivos dc secciones crecientes.
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T^l
155
QUEMADORES INDUSTRIALES GAS NATURAL
154
Transformador de encendido
Válvula de mando hidráulico
Boca de quemador
Aire
Ventilador de aire
Soporte
Fig. 58. — Quemador de co rriente paralela: central de aire y anular de gas (Norlh
Gas
•Mando del registro de aire
Fig. 61. —Aspecto exterior de un quemador monobloc con aire insuflado.
American).
Fig. 59. — Quemador de co rriente central de gas y bo quillas de corriente dc aire (C. F. I.).
Fig. 60. — Quemador de co rrientes paralelas divididas de gas y aire (O. F. U.).
Ello permite obtener una gran variación en la sección de sa lida, sin ser obligatorio disponer un ángulo de cono muy abierto, manteniendo la llama bien pegada al refractario en todo su con
torno. Estos quemadores permiten potencias importantes (alre dedor de 2 000 termias/h) y licúen una elasticidad mayor que los de cono único, que van de I a 20.
4.7.
Quemadores especiales
4.7.1. Quemadores monobloc de aire insuflado
Estos quemadores corresponden al grupo de los quemadores sin mezcla previa. Los describimos aparte debido a formar un conjunto compacto especial, muy utilizado para el calentamiento automático de calderas de calefacción central dc elevadas po
Dichos quemadores están formados por un grupo compacto
constituido por el quemador, el ventilador de aire de combus tión y todos los órganos necesarios para asegurar el encendido, la seguridad y la regulación. Un pequeño armario eléctrico, aco
plado, asegura el mando y programación de la marcha. Para las grandes potencias, es preferible, a veces, separar el ventilador de aire del bloque del quemador. La característica de estos quema dores es que no necesitan para su funcionamiento más que conec tarlos a la canalización de gas y a la red dc electricidad. En la
figura 61, representamos a título indicativo el aspecto exterior de uno dc estos quemadores cuya cabeza puede adoptar alguna de las diversas soluciones para efectuar la mezcla del aire y del gas indicada en la figura 62.
Dichos quemadores están constituidos por:
• las conducciones de aire y de gas y una cabeza de combus
tión, generalmente sin mezcla previa, provista de dispositivos favoreciendo la mezcla de los chorros de aire y gas alimen tados separadamente;
• el ventilador de aire de combustión, en principio siempre del tipo centrífugo;
tencias y para la producción de fluidos calientes industriales, empleándose en estufas, secaderos y quemadores de aire ca
• un piloto de encendido;
liente. Están indicados, especialmente, para cámaras de com bustión a baja o inedia temperatura (a título indiealivo, ¡nlerior
• un sistema de encendido compuesto de un transformador a alta tensión y uno o dos electrodos de encendido;
a 600° C).
156
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
157
•
un dispositivo detector de llama de electrodo de ionización o de célula fotoeléctrica;
•
una caja o armario de mando, equipado de un programador de excéntricas accionado por motor síncrono o un programa dor de relés temporizado por láminas bimetálicas (relés tér micos). Este armario permite la puesta en marcha automática
del quemador por simple presión sobre un botón pulsador, y además realiza las funciones de regulación y de seguridad durante el funcionamiento del quemador; • una válvula automática de seguridad o un grupo de seguridad de tres vías, de mando electromagnético, electrohidráulico o neumático;
• un presostato de seguridad de presión mínima de aire, el cual interrumpe el paso de gas en caso de falta de aire (corte de corriente, avería eléctrica o avería del ventilador).
El ciclo sucinto de las operaciones automáticas de puesta en marcha, ordenadas por el programador, es el siguiente:
a) facultativo: autocontrol del estado de los circuitos de la caja de mando y del estado del detector de llama; b)
puesta en marcha del ventilador del quemador para efectuar una ventilación previa de la cámara de combustión con aire
(llamado «barrido»). Esta operación tiene por objeto elimi nar cualquier traza de mezcla de aire y gas que se hubiera podido formar y acumular durante el tiempo de parada. Se efectúa mediante el aire suministrado por el ventilador del quemador. Se estima que este barrido es suficiente cuando se ha renovado cuatro veces el volumen de la cámara de combustión y conductos hasta la base de conexión con la chimenea. Con el caudal nominal de los ventiladores dc aire de combustión en cámaras de dimensiones corrientes con respecto a su potencia, la puesta en marcha se realiza en un
tiempo que oscila entre 30 s y 1 mn. Este tiempo viene deter minado por la norma establecida por el constructor. Para instalaciones de aparatos especiales se puede alargar el tiem
l*i«.:. 62.— Algunas de las soluciones clásicas para obtener la mezcla del aire y del gas en la boca de los quemadores monobloc de aire insuflado.
po, ya sea regulando el programador o, cuando ello no sea
posible, añadiendo un relé complementario. c)
puesta en servicio del medio de encendido (chispa eléctrica);
1
T
159
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
d) apertura del circuito de gas: sea al piloto, sea directamente al quemador principal, a caudal reducido si es necesario;
15 termias/h, o mejor, de 50 termias/h a 1000 termias/h (15 000
158
e)
puesta en servicio del detector de llama;
/) suspensión del medio de encendido (en algunos sistemas es peciales permanece la chispa asociada al detector de llama).
La gama de potencias nominales oscila, corrientemente, de
kcal/h a un millón de kcal/h).
No obstante, se encuentran en el mercado quemadores de po tencias inferiores (8 termias/h) y de potencias superiores próxi
mas a las 10 000 termias/h. En este último caso, los quemadores son, a veces, de doble cabeza de combustión y acostumbran a no tener el ventilador incorporado. La fig. 63 es un ejemplo de que
mador compacto, con todos los dispositivos de encendido y se
guridad incorporados, pero sin el ventilador de insuflación de aire que puede también ser aspirado por tiro forzado.
4.7.2.
Quemadores intensivos
Agrupamos bajo esta denominación varios tipos de quemado res de diferente concepción, con el objetivo común de constituir fuentes de calor a alta temperatura.
Se distinguen:
a)
quemadores radiantes a alta temperatura;
b)
quemadores radiantes porosos;
c) quemadores concebidos para calentar por convección in tensa de gran velocidad de salida, llamados corriente mente «quemadores de chorro» o «quemadores jet». a) Los quemadores radiantes a alta temperatura llevan en su extremo una pieza de refractario con un orificio central o
múltiples orificios o ranuras, que se ensanchan, donde se efectúa la combustión prácticamente completa; el refracta rio llevado a alta temperatura asegura la transmisión de ca lor por radiación a los productos a tratar.
Estos quemadores están normalmente alimentados con mez cla previa dc gas y aire, pero pueden también ser alimenta Registro dc aire.
5.
Anillo refractario.
Placa dc registro.
6. Distribuidor de gas.
Conexión entrada aire.
7.
Aleias directrices dc aire.
Conjunto dc ignición eléctrica.
Fig. 63. —Quemador de gas compacto, especialmente indicado para calde ras de hogar interior y tubulares Ray. (Cortesía Erebus, S. A.)
dos separadamente con ambos Huidos.
Según los modelos y su destino, la temperatura superficial del refractario puede alcanzar de 1000 a 1700 °C. Se utilizan bastante en metalurgia, así como también en otras ramas industriales. No son construidos para una aplicación deter-
~I
160
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
minada, sino para un modo de explotación determinado: el objetivo buscado es, sobre todo, el calentamiento rápido, sin preocuparse demasiado del rendimiento térmico, aunque este último sea en la práctica aceptable. Debido a que esos quemadores se montan en equipo u hornos de débil inercia, con un funcionamiento que puede ser muy intermitente, la pieza de refractario debe ser resistente a los choques tér
161
nicos, formando múltiples canales agrupados en una sola pie za refractaria que se encuentra toda ella a alta temperatura y produce intensa radiación (ver fig. 66).
micos.
Estos quemadores son siempre dc dimensiones limitadas Gas
(algunos decímetros cuadrados, como máximo) y forman paredes de temperatura bastante homogénea por yuxtaposi ción de varios quemadores. El rendimiento, comprobado en Francia sobre ocho instala ciones, varía de 15 a 39 % con un valor medio de 25 %. La
radiación representa, en promedio, el 44 °/o del calor trans mitido a la carga cuando ésta está fría, y el 34 % cuando la
Fig. 65. — Quemador radiante a alta temperatura, de forma troncocónica, alimentado separadamente por aire y gas (Selas).
carga está a 1 200 °C.
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a
Mezcla
^^^^^^*mB^^^.
61 II 111:11111
Fig. 66. — Quemadores radiantes a alta temperatura, alimentados en pre mezcla, formados por piezas refractarias con múltiples canales (Radiant Healing y Ati).
Fig. 64. —Quemador radiante a alta temperatura, dc forma de copa, alimentado en preine/.cla total (Selas).
La figura 64 representa un quemador radiante a alta tempe ratura con pieza de refractario de forma cóncava, alimentado
en premezcla total. La figura 65 muestra otro quemador de esc Upo con pieza refractaria tronco-cónica, alimentado se paradamente por aire y gas, cuya mezcla se efectúa en la boca del quemador. Otra disposición consiste en realizar la eombir.Uón en el in terior de cierln número de canales eilíndrien •> eiliudro-có-
b)
Los quemadores radiantes porosos pertenecen al tipo de in yección total de mezcla previa dc aire y de gas, donde la com bustión se realiza dentro dc una masa porosa de material re fractario. En este caso, la combustión se llama «intersticial», porque tiene lugar en los intersticios de los granos aglome rados de la masa porosa, y se distingue de la combustión «alveolar», que se obtiene en los orificios cilindricos de una
placa para panel radiante infrarrojo. La fig. 67 es un esque ma de un quemador de este tipo. Cuando se enciende, si la velocidad de salida de la mezcla fuera dc los intersticios del
bloque refractario es inferior al límite dc desprendimiento
GAS NATURAL
162
QUEMADORES INDUSTRIALES
de llama, ésta se desarrolla sobre la superficie del refracta
rio, apreciándose en ese momento conos azules elementales a la salida de cada intersticio. Poco a poco, la elevación de
temperatura del refractario provoca la penetración de la
llama en los intersticios, desapareciendo los pequeños conos
azules, aumentando la temperatura superficial del bloque.
163
Con excepción de un modelo, el túnel se alimenta siempre en premezcla estequiométrica de aire y de gas. La sección de salida es, a menudo, más pequeña que la sección recta del túnel. En su interior la tasa de combustión es muy elevada, sobrepasando generalmente 100 000 termias/h m3.
La figura 68 detalla la disposición de este tipo de quema dores.
Premozcla total VZZZT77SZ.I zzz.
•¿77?7¡-
Fig. 68. — Cabezas de quemadores túnel y quemadores «jet». Refractario poroso
Fundición refractaria
Fig 67. —Sección dc quemador radiante de combustión «intersticial» en masa refractaria porosa.
Cuando se alcanza el equilibrio térmico, la penetración del frente de combustión y la temperatura se estabilizan, y la
parle anterior del refractario donde tiene lugar la combus tión se pone incandescente. Si la penetración del frente de combustión continúa, la cara anterior del refractario puede
mismas utilizaciones.
Los quemadores «jet» se utilizan, como los quemadores ra
diantes, para las operaciones de calentamiento intensivo y rápido. Pueden utilizarse igualmente en hornos donde los
chorros de gases calientes a alta velocidad se utilizan para
oscurecerse completamente, presentándose enionces dos ries
crear una recirculación interna y aumentar el intercambio
gos:
fusión del refractario en el interior del bloque, si su resis
casos, pueden utilizarse como cámara de combustión en pro ceso de calentamiento de líquidos por combustión sumer
tencia piroscópica es insuficiente;
gida.
•
• destrucción por contracciones exeesivas debidas a la dife rencia de temperaturas internas.
e)
Las potencias nominales de los quemadores «jet» se escalo nan entre 10 termias/h y 500 termias/h. Existen pues peque ños y grandes quemadores «jet» que no corresponden a las
por convección con las piezas a tratar. También, en ciertos
Estos quemadores parecen estar llamados a tener un gran desarrollo.
Los quemadores túnel de gran velocidad de salida, llamados también quemadores a chorro o quemadores «jet», se carac terizan porque la combustión de la mezcla gaseosa se elcc-
4.7.3. Quemadores emisores de radiación infrarroja
túa easi totalmente (90 a 95 %) en una pieza refractaria cilindrica o túnel, ele la cual sale a gran velocidad el chorro de los produelos de combustión muy calientes (1400 a
licos o refractarios, llevados a temperaturas del orden de 900 °C, y que presentan el máximo de emisión en la banda de los infra-
1700 "O. sobrepasando siempre los 100 m
rrojos entre 2 y 5 inicias, según su temperatura.
Se llaman así los quemadores que calientan elementos metá
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
164
Se emplean diferentes criterios para designar los emisores de radiación infrarroja:
a)
b)
en función dc la forma: •
tubos radiantes;
•
paneles radiantes.
165
mezcla de aire-gas, y la «combustión alveolar» que se produce lleva las placas a una temperatura de 850 a 950 °C, cuya cara an terior dc las placas de refractario constituye el elemento radiante.
La figura 69 muestra la sección esquemática de un panel ra diante dc ese tipo.
en función de la temperatura de misión:
• tubos y paneles radiantes oscuros (superficie menor de
Mezclador
500 °C).
c)
en función de la alimentación de los Huidos:
• paneles radiantes de inducción atmosférica; • paneles radiantes con aire insuflado (cuando es nece sario una premezcla total). d)
en función del tipo de combustión: • paneles radiantes catalíticos.
e)
en función de ciertas características particulares: • paneles radiantes anl¡deflagrantes.
Tubos y paneles radiantes oscuros
Placa cerámica
Parrilla inoxidable
de grandes mallas
Fig 69. —Sección esquemática de un panel radiante luminoso dc combustión alveolar en placas de cerámica refractaria.
Estos emisores oscuros están formados por un tubo en forma
dc horquilla de unos 4 ni de longitud total, o de una placa de hierro fundido o de acero, que se calientan por una llama de
gas, y cuyas superficies no acostumbran a sobrepasar los 400 °C. Este sistema de calentamiento es poco empleado, puesto que se ha visto desplazado por los paneles radiantes luminosos que
tienen mayores posibilidades de empleo.
Paneles radiantes catalíticos y antideflagrantes
Debido al hecho de que la combustión catalítica no se realiza con un rendimiento al 100 %, y subsisten gases inquemados en los
productos de combustión, estos paneles, que son admisibles para el propano y butano, son prácticamente inadmisibles para el gas natural.
Paneles radiantes luminosos
Los paneles radiantes luminosos están constituidos por pla cas cerámicas refractarias perforadas de múltiples orificios ci lindricos de pequeño diámetro (hasta 50 orificios por cm2), en cuyos alveolos se realiza la combustión. Estas placas de pequeñas dimensiones se ensamblan por medio de un cemento refractario
plástico, para formar las piezas de las dimensiones del emisor de radiación. Están alimentadas, por su parte posterior, por una
Respecto a los paneles radiantes antideflagrantes, encuentran interés de aplicación únicamente para la calefacción de locales
que puedan contener accidentalmente una atmósfera explosiva (cabinas de aplicación de pinturas, garajes, etc.). Estos paneles, de reciente aplicación, no han tenido hasta la lecha un desarrollo comercial importante.
166
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
4.7.4. Quemadores de tubos radiantes a alta temperatura
El calentamiento por tubos radiantes a alta temperatura ha nacido de la necesidad de realizar ciertas operaciones de calen tamiento ode tratamiento térmico en hornos bajo una atmosfera
protectora atratar con la llama olos productos de combustión. La solución adoptada hace muchos años consistía en encerrar
los productos a tratar en un recinto estanco yefectuar la com bustión exteriormente a dicho recinto. Según la forma, dimen siones y modo de cargar el recinto, se dice que el horno es de mufla, de campana, de crisoles cerrados, de retortas, etc.
167
El quemador es, en general, del tipo sin mezcla previa, es de cir, con alimentación separada de aire y gas, lo que permite ob tener una llama larga favorable a una buena homogeneidad de temperatura a lo largo del tubo.
Los tubos pueden ser rectos, en U, en L, etc. Los productos de combustión se evacúan a la temperatura del tubo (del orden de 900 °C). Con el fin de mejorar el rendimiento, varios cons tructores se han preocupado del problema de recuperación por precalentamiento del aire de combustión.
La figura 70 representa un tipo de quemador de tubos ra diantes.
Esta solución presenta varios inconvenientes:
Diafragma de
a) la construcción de una mufla es, a veces, difícil yonerosa,
Salida de humos
medición
cuando las dimensiones son grandes y se exigen cspccin-
Entrada de aire
caciones estrictas de resistencia térmica y química;
b) la deteriorización dc la mufla en cualquier lugar exige
Válvula de
una reparación complicada o una sustitución completa de
-pass
Toma de aire caliente
la mufla, obligando al paro total del horno;
Diafragma de
c) la mufla provoca siempre una disminución notable del rendimiento del horno.
La segunda solución consiste en encerrar la llama y los pro
medición
Válvulas Tubo radiante
Estos tubos son de acero refractario, y a la temperatura nor mal de su utilización de 900 a 1200 °C, deben presentar una resis
tencia química suficiente frente a los productos de combustión ya la atmósfera del horno. También deben presentar buena re sistencia mecánica a los cambios de temperatura.
Entrada
3
ductos de combustión en un recinto determinado o, en el caso de varios quemadores, encerrar cada llama en un recinto indi vidual. Esta es la solución adoptada en los hornos de tubos ra diantes a alta temperatura.
de paso
de aire
Diafragma de medición
i
Termopar Cabeza de
quemador
'
Entrada de
=a—— c n i r a o a a e
V Diafragma gas natural de medición
Fie. 70.—Tubo radiante en forma de Uconaire de combustión precalentado en un recuperador de calor incorporado a la salida de los humos.
La utilización de los tubos radiantes a alta temperatura es
muy variada, pero tiene, especialmente, dos aplicaciones con cretas:
Los aceros utilizados son del tipo austenítico, con fuerte pro
•
la cocción del esmalte vitrificado sobre chapa en horno con
corrientes de temperaturas hasta 1200 °C. Actualmente se estu
•
el tratamiento térmico de metales férreos en horno continuo
porción de cromo y níquel (25% Co, 20% Ni) para los casos
dia emplear acero al cromo y al cobalto, resislenles a 1300 C.
Los quemadores de tubos radiantes constan de dos partes: el tubo propiamente dicho (elemento calefactor) y el quemador.
tinuo;
bajo atmósfera activa o protectora en hornos túnel: reco cido de tubos, tratamientos de normalización y recorrido, carbonitruración continua, etc.
1
<~%
-=5
^
<=*%
1 — Tubo sumergido GAS NATI/RAL
168
2— Instalación en compartimento
Pared de separación
J \
4.7.5. Quemadores de tubos sumergidos y de combustión sumergida
El calentamiento de cubas o tanques sin presión, conteniendo
agua o soluciones acuosas, está muy extendido en la industria. Se pueden citar, por ejemplo: los baños dc decapado, las cubas de máquinas desengrasantes y de máquinas lavadoras de botellas, los tanques de vaciado en caliente, las cubas dc fosfatación, las
Sección lateral
cubas de electrólisis, las cubas de concentración de soluciones o
de recuperación dc baños usados, etc. Se encuentran también, aunque es menos frecuente, cubas conteniendo diferentes líqui dos de las soluciones acuosas.
La solución más sencilla de calentamiento es por el fondo,
como se hacía con el carbón y el fuel-oil; sin embargo, sabemos
que tanto en el caso de calefacción eléctrica como de calefacción al vapor, se emplean frecuentemente las resistencias eléctricas sumergidas o los serpentines dc vapor, colocados en el interior
Sección por el eje del tubo
del baño. Esle .sistema facilita la instalación de la cuba y su
calorifugado exterior, mejorando sensiblemente la transmisión de calor entre la fuente dc calor y el líquido y, por lo tanto, su rendimiento térmico.
4 — jubo en el fondo de la cuba
El gas se presenta idealmente para la calefacción de una cuba por medio de tubos sumergidos, en el interior de los cuales se realiza la combustión. Otra solución consiste en dejar barbotear
los productos de la combustión directamente en el líquido, cons tituyendo la combustión sumergida. Los quemadores de tubos sumergidos se prevén con una pro
3 — Tubo sin perforación de la cuba
R\
longación del tubo hasta encima del nivel del baño, por donde se evacúan fácilmente los productos de combustión.
Vista en planta
Los esquemas de la figura 71 ilustran las diferentes disposicio nes dc tubos sumergidos. Los quemadores pueden ser de induc ción y premezcla o dc corrientes separadas sin mezcla previa. La figura 72 muestra un quemador antorcha dc inducción atmos férica para tubo sumergido. Se observará que los brazos de fija ción permiten una cierta distancia entre la boca del quemador y la cuba, con objeto de permitir la adición secundaria dc aire y el piloto dc encendido. \/i~,\r* nn nlzíido
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
170
171
La transferencia de calor va acompañada por consiguiente de transferencia de masas.
Los quemadores para combustión sumergida pueden ser: • •
dc premezcla total; dc aire total y gas separados.
A veces se prevé un aporte suplementario de aire alrededor del quemador, que actúa no como aire secundario, sino como aire de dilución de los productos de combustión. „ Aire
— i
Célula de detección de llama
3
Piloto de gas 3— HÜ03 de bujía de encendido
Tubo
Fig. 72. —Quemador de antorcha dc inducción atmosférica montado sobre lubo sumergido.
F.l principio de la combustión sumergida es el siguiente: Un quemador o una cámara de combustión inmergida des carga directamente en el líquido los productos de combustión
que barbotean en su seno y se desprenden por la superficie lí
Tubo repartidor do Iniíbuj utilizado en las grande
quida. Este sistema da lugar:
a) a que, debido al contacto íntimo y dividido de los pro ductos de combustión y el líquido, aquéllos salgan a la superficie a la temperatura del baño; b) a que exista un intercambio de materia entre los produc tos dc combustión y el líquido: aquéllos se saturan de los
componentes volátiles del líquido y éste disuelve parte de los componentes solubles c\e los productos dc com bustión
Fig. 73. — Quemador de combustión sumergida sin premezcla.
El quemador o la cámara dc repartición de los productos dc combustión en el líquido descargan a una cierta profundidad, existiendo en estos orilicios una presión igual a la altura del agua que deben vencer los productos con combustión. Es necesario, pues, que el aire y el gas o la premezcla lleguen al quemador a una presión superior a la equivalente a esa columna dc agua.
^
172
r-^l
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
Durante los periodos de paro, el agua o el líquido suben ysumer
gen al quemador. Al reanudar la puesta en marcha se barre o se desciende el nivel de agua, dejando el quemador libre, mediante una corriente de aire puro (sin gas) proporcionada por el ventila
dor de aire de combustión, tanto si el quemador es de premezcla
como si es de alimentación de aire y gas separados. Esta venti
lación asegura también el secado de las bujías de encendido que
aunque situadas a nivel del baño, se encuentran durante el paro
en atmósfera de humedad.
La figura 73 muestra un quemador de combustible sumergi
do sin premezcla, yla figura 74 un quemador de premezcla para combustión sumergida.
„
„
Airo
Reductor
Termopar '
entendido
/
n Célula de
I-I detección do llama
'•
Caudafimetro
europeos y los que se importan líquidos del exterior, a causa de su débil proporción de hidrocarburos no satu
rados. Basta una proporción limitada de fuel-oil para ele var el factor de emisión global de la llama. Los quema dores mixtos, quemando conjuntamente los dos combus
tibles, encuentran aplicación en hornos de alta tempera
fábricas de cemento).
Señalemos, no obstante, que existen quemadores utili
zando solamente gas natural parcialmente craquizado,
b) La combustión de una débil proporción de gas con fueloil puede permitir mejorar la combustión de este último, especialmente en el caso del fuel-oil pesado, difícil de. que
Mezclador
Gas
de cierre
a) La combustión simultánea de fuel-oil y gas es una solu ción sencilla para obtener una llama luminosa radiante, la cual se obtendría difícilmente con los gases naturales
que permiten calentar eficazmente dichos equipos.
do presión
Válvula
La utilización de gas natural y fuel-oil ofrece las siguientes posibilidades:
tura, en los cuales la transmisión de calor por radiación es preponderante (horno Martin de acererías, horno balsa de vidrierías, hornos rotativos de cocción de clínker en
Bujía de
Parallamas
173
\_M\ Válvula Filtro
mar bien en ciertos equipos. Este principio está llamado
do seguridad
a encontrar aplicaciones a medida que se desarrolle la
lucha contra la polución atmosférica. Actualmente se rea
lizan ensayos para pulverizar el fuel-oil con gas a presión,
Compresor / de mezcla
pero no se ha llegado todavía a h realización a escala
Tubo do encendido
industrial. Ouemador
Fig. 74. —Quemador dc premezcla para par? combustión sumergida.
4.7.6. Quemadores mixtos o multicombustibles
Los quemadores multicombustibles o mixtos son los que fun
c) La combustión simultánea o alterna de gas y fuel-oil se utiliza, independientemente de toda consideración técni
ca, cuando se desea, por motivos económicos, hacer que el caudal de gas sea independiente de las variaciones de car ga térmica del aparato u horno donde se emplea. Es de cir, que el caudal sea constante y las modulaciones de la
cionan con varios combustibles simultáneos o alternativamente
carga repercutan únicamente sobre el caudal del fuel-oil.
natural yfuel-oil, aunque sean posibles también los quemadora
sea a veces funcionar alternativamente todo a gas o todo a fuel-oil. En ambos casos pueden obtenerse tarifas de
Vamos a tratar aquí solamente dc los quemadores mixtos de gas
mixtos gas natural-carbón pulverizado.
madores
También, por motivos económicos o de seguridad, se de
gas muy ventajosas, por tener un consumo constante de
1
1
QUEMADORES INDUSTRIALES
175
gas durante todo el día o por tener un servicio interrumpible horario o estacional. El cambio total de combusti ble requiere, en ciertos tipos de quemadores, un desmon taje rápido con sustitución de piezas intercambiables o la simple manipulación de dos válvulas. Los quemadores mixtos son, casi siempre, sin mezcla previa de aire y gas.
Las figuras 75 y 76 ilustran sobre tipos de quemadores mixtos no simultáneos, y simul.ancos gas-fuel-oil. En la figura 77 se muestran la cabeza de un horno Martin, con un tipo especial de quemador mixto gas-fuel-oil, donde el quemador y especialmente la boca del mismo está refrigerada Fig. 75. — Quemador mixto gas y fuel-oil.
por agua. Fuel-oil complementario (marcha mixta) Fluido de pulverización
Quemador
Enfriamiento
cha a gas o mixto
Anillo refractario.
6.
Entrada de gas.
Alelas distribuidoras de gas.
7.
Entrada de fuel-oil.
Conducto tórico distribuidor de
8.
Clectroválvula del fuel-oil.
gas. Copela rotativa.
9.
Electrones de encendido y conliol de llama.
Ventilador de aire primario.
Acjua de enfriamientoCabeza de horno-forma Venturi
del quemador.
Fig. 77. — Horno dc acero Martin, equipado de quemador mixto fuel-oil v gas.
in, 76. — Vista pn sección rl»1 un ouemador mixto fuel-oil v aas rotativo Rav.
I
176
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
177
Los quemadores monobloc de aire insuflado con ventilador
acoplado o independiente, descritos anteriormente en el aparta do 4.7.1., pueden también estar previstos para la marcha alter na a gas o fuel-oil.
En los quemadores de gas solo, deben introducirse algunas modificaciones:
• El encendido eléctrico debe hacerse obligatoriamente por chis pa entre dos electrodos aislados, necesitando una tensión más elevada.
• La detección de llama se hace bien por electrodo dc ioniza ción durante el funcionamiento a gas y célula sensible al in
frarrojo durante el funcionamiento de fuel-oil, bien por célula sensible a los rayos ultravioleta para los dos combustibles. Finalmente, existen quemadores mixtos especiales, montados en grandes unidades de quemadores de vapor, en la industria o en las centrales térmicas de electricidad. La combustión se reali
© © © © 0
© ©
za en grandes cámaras de combustión con sobrepresión, alimen
tándose con aire total a presión distribuido por una caja envol viendo todo un panel de la cámara.
1. Cajón de entrada de aire. 2. Cono de combustión refractario.
La inyección del fuel-oil es siempre central. La inyección degas puede ser igualmente cení ral si la marcha no es nunca simul
Cárter.
Tobera directriz de aire.
5. Aletas de regulación.
tánea con los dos combustibles. Si la marcha es alternativa, los chorro de gas deben estar bastante alejados del chorro dc fuel-oil pulverizado, de forma que éste reciba siempre suficiente aire de
6.
Placa de fachada.
7. 8.
Puerta. Mirillas.
9.
Piloto de encendido.
10. Tubo con pulverizador de fuel-oil. 11. Cabeza quemador.
combustión. Esto se logra con varios tipos de inyectores de gas: multidedos, corona, lanzas, ele.
12. Caja anular distribuidora de gas. 13. Multidedos del quemador de gas. 14. Tubería llegada de gas. 15. Tubería llegada combustible líquido.
Las figuras 78, 79 y 80 corresponden a quemadores mixtos con inyección central de combustible líquido y sistemas de subdi visión de gas «multidedos», «multilanzas» o de «doble director»
(obuses). La particularidad común a estos quemadores es su adaptabilidad a la combustión de solo gas natural, solo fuel-oil o
3.
4.
DETALLE DE
POSICIÓN^, j)
simultáneamente ambos combustibles. Se distinguen por estar diseñados para producii una gran turbulencia en el aire de com
bustión. El quemador multilanzas de la figura 79 tiene la ventaja
de permitir desmontar las lanzas de combustión del gris sin tener que parar el equipo que sigue funcionando con el oh o combus(iblc.
Fig. 78. —Quemador mixto con sistema dc gas «multidedos» Pillare! (Cortesía Cénit, S. A.)
r=TI
r
1. Cajón de aire. 2. Tobera refractaria. 3.
Cárter.
4.
Director de aire.
5. Aletas dc regulación. 6. 7.
Placa de fachada. Puerta.
D
~%
10. Tubo con pulverizador de fuel-oil.
11. Caja de llamas. 12.
Colector lórico dc gas.
13.
Lanzas.
14. Conductos de conexión. 15. Caña combustible líquido.
Fie 79 —Quemador mixto con sistema de gas «multilanzas» Pillard (Cortesía Cénit, S. A.)
2n
Vrrrrrrrn
1. Conjunto quemador. 2. Registro de aire. 3. Regulador del aire de combus tión.
4.
Anillo de salidas dc aire secun dario.
5.
Entrada de fuel-oil.
6.
Copa dc atomización.
7. 8.
Buses dc aire primario. Entrada y caja distribuidora de gas en anillo tórico.
9. Registro de regulación de aire 10. 11.
primario. Motor eléctrico. Controlador de velocidad dc pulverización.
Fig. 81. —Quemador mixto con pulverización rotativa central del fuel-oil y buses de gas en anillo tórico Ray. (Cortesía Erebos. S. A.)
,t;.t.
GAS NATURAL
1
Sopletes
ción de 200 mm c. a.
sean preferibles presiones dc gas elevadas, es posible alimentar con gas natural sopletes de corle con baja presión de distribu
dc boquillas para gas natural. Hay que observar que, aunque
La figura 85 muestra dos cabezas de soplete oxicorte equipadas
presión y aire soplado por ventilador.
La figura 84 representa un soplete alimentado a gas a baja
• sopletes dc temple superficial, • sopletes para trabajos de vidrio.
• sopletes de recalentamiento, • sopletes dc soldadura, • sopletes de corte (oxicorte),
la que determina las principales diferencias constructivas. Desde este punto de vista se distinguen los grupos siguientes:
llama propiamente dicha penacho. La clasificación de los sopletes en función de su aplicación es
En una llama de soplete, el cono azul se llama dardo y la
calor.
a tratar. En ciertos aspectos, la llama de un soplete puede consi derarse como un verdadero útil y no como un simple foco de
ción de calor por contacto directo entre la llama y los productos
concebidos para el calentamiento o trabajo que requiere aporta
Los sopletes son quemadores de tipo antorcha especialmente
4.7.7.
de llama se consigue por realizarse la combustión en «tres eta pas» (fig. 83), en zonas de reacciones sucesivas.
destinado a los equipos de combustión de generadores de vapor con varios quemadores. En dichos quemadores la estabilización
tiples buses de gas en un anillo tórico. Finalmente, el quemador de flujo paralelo (fig. 82) está
La figura 81 corresponde a otro modelo de quemador mixto, con pulverización rotativa del fuel-oil en su parte central y múl
180
1
0
tible líquido.
23.
cendido eléctrico directo. mática de la virola móvil.
Dispositivo de maniobra auto
ZONA
NEUTRA LIGERAMENTE OXIDANTE DE
_
DE
I
PE
OXIDANTE
I ZONA
IRemolino de fijoción I ->tle llomo.
_^
REDUCIDA
ZONA
Torbellino de
Pillard (Cortesía Cénit, S. A.)
Fig. 82.— Quemador mixto combustible líquido y gas de flujo paralelo
Aire de combustión. Mirilla.
22.
12. 13.
Fluido de pulverización o retor
no de combustible líquido. Dispositivo automático de en
20.
Caña de quemador de combus tible líquido. Llegada de combustible líquido. 21.
19.
líquido. 9. Hogar. 10. Grueso del frente del hogar. 11. Profundidad del cajón de aire.
Roseta de palas curvilíneas. Dedos de inyección de gas.
estático. Director de aire cilindrico.
Cabeza de caña de combustible
5. 6. 7. 8.
Aire comprimido de «barrido»
Llegada de gas.
Célula de control dc llama.
para desmontaje en marcha. 17. Aire primario central. 18. Llave de seguridad de combus
16.
Virola móvil suspendida y de equilibrio dinámico.
Virola perforada de equilibrado
14. 15.
Puerta de fachada. Entrada aire de combustión.
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
182
La figura 86 representa el principio de un soplete de la indus tria del vidrio alimentado con gas y aire a presión. Los sopletes de vidriero son, a menudo, sopletes de mesa, montados sobre trí
Aire
s
Gas
183
pode y regulables en inclinación.
Fig. 84. — Soplete sin premezcla alimentado con gas a baja presión y aire insuflado.
4.8.
Adaptación de los quemadores a los distintos gases y a la marcha mixta con fuel-oil
La adaptación de los quemadores a los distintos gases es sólo el aspecto práctico de la intercambiabilidad dc gases. rtotoborn
t^=
Dos gases se dice que son intercambiables cuando son sus ceptibles de dar el mismo flujo calorífico, posición y comporta miento de la llama, en un mismo quemador, sin modificar nada del mismo, ni variar la presión dc alimentación.
i ^7">^^N---.
Z* ',T^.<-f' .
En el capítulo «Intercambiabilidad» hemos visto que dos ga ses son intercambiables cuando pertenecen a la misma «familia». _
- lobera
Tnl)orü
Fig. 85. — Cabeza de soplete de oxicorte. A la izquierda: mezcla en la boquilla; a la derecha: mezcla en el portaboquilla.
Así, el gas natural no es intercambiable, es decir, no puede sus tituir, sin modificación del quemador, a los gases manufactura dos: gas ciudad, gas pobre, gas integral y gas de coquería, ni a los gases líquidos de petróleo: propano y butano. Por el contra rio, es intercambiable, con mezclas en las condiciones señaladas
de intercambiabilidad, de gases manufacturados y de gases GLP, o con mezclas de GLP y aire: aire propanado o aire butanado.
Pero así como el estudio de intercambiabilidad tiene por ob jetivo definir las características de los gases susceptibles de ser utilizados indistintamente en un quemador determinado, el estu
4te
ji
dio de la adaptación de un quemador funcionando con un gas dc diferente familia a su funcionamiento con gas natural, tiene por objeto determinar las condiciones de sustitución en un equi po determinado.
TBC
Fig. 86.
Soplete de vidriería. El comburente puede ser aire, oxígeno o aire enriquecido con oxígeno.
A continuación analizamos las características tecnológicas dc diferentes tipos de quemadores.
GAS NATURAL
184
4.8.1.
a)
QUEMADORES INDUSTRIALES
i
Quemadores con mezcla previa
185
en la cual:
S s d SI R
Inducción del aire por el gas
En los quemadores de este tipo, llamados corrientemente que madores atmosféricos, no es posible sustituir los diferentes ga ses combustibles con los que funcionan por gas natural, sin mo
= = = = =
sección del cuello de la trompa sección del inyector densidad del gas coeficiente comprendido entre 0,6 y 1 relación aire-gas.
dificar los inyectores y las presiones, a fin de mantener el mis mo flujo o caudal calorífico.
b)
Recordemos al respecto que el caudal de un inyector viene dado por la fórmula:
A caudal calorífico determinado, el caudal de aire es prácti camente constante cualquiera que sea el gas. Por consiguiente, no habrá que modificar nada en el inyector de aire: ni sección, ni presión, y sólo modificar las secciones de inducción del gas a fin de mantener el caudal calorífico. La relación aire/gas será en estos quemadores:
„
Q = 0,73 ms
— X d
273 + t
en la cual:
Inducción del gas por el aire
Q = caudal en m3/h s
1 + d R =
= sección del orificio en mm2
p = presión del gas antes del orificio en mbar o en cm de co lumna de agua d = densidad del gas t = temperatura en °C
1
teniendo las letras la misma significación anterior.
m = cocficienlc que varía con la forma del orificio y la natu raleza del gas.
Las fórmulas expuestas permiten calcular las nuevas dimen siones características de un quemador de inducción teniendo en cuenta las características del gas al cual debe adaptarse.
Normalmente se toma:
m = 0,65 para orificio en pared delgada m —0,80 para orificio cilindrico m = 0,90 para orificio cónico. El caudal calorífico vendrá determinado multiplicando el cau dal en mVh por el poder calorífico del gas. Para mantener el mismo caudal calorífico en un quemador, sustituyendo un gas por otro, habrá pues que modificar en los quemadores de este tipo la sección del orificio o la presión del gas, o ambos a la vez. La relación aire/gas en los quemadores atino- leí ¡eos viene dada por la lórtnuln: R -
U
\f S
_,/ s
4.8.2.
Quemadores sin mezcla previa
Puede decirse que los quemadores de este tipo, que represen tan la gran mayoría de los quemadores industriales, son prácti camente adaptables a todos los gases, sin necesidad de ninguna modificación. Bastará regular las proporciones de aire y gas, lo que se hace fácilmente variando los caudales o las presiones. Dado que los parámetros relativos al aire quedan fijos para un caudal calorífico constante, es decir, que para un mismo caudal calorífico la cantidad de aire necesario para la combustión es constante, independientemente del poder calorífico del gas, no será preciso modificar ni la presión ni el caudal de aire, y bas tará ajustar el caudal de gas mediante una válvula. Ahora bien,
como al cambiar de gas debe mantenerse el mismo caudal calorífi co para un orificio determinado, cuanto mayor sea el poder calorí-
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Cuadro de características de los quemadores y de sus aplicaciones específicas
Tipo de quemador
Características
Quemadores de inducción (gas
9 Quemadores peque ños: presión normal gas 100 n/m c.a. Pa ra grandes potencias necesitan °ras a pre sión superior y ocu pan demasiado espa
inductor)
cio
• Baja proporción de •
aire en la mezcla Necesitan aire secun dario
• No
DE
Aplicaciones específicas
Potencias normales
Usos
domésticos
y
comerciales
Tubos y paneles ra diantes baja tempe ratura
Para hornos que ne Hasta
cesitan gas a presión más elevada y doble
250 termias/h (25 m3/h)
inducción de aire Quemadores de tu
bos inmergidos
apropiados para
|*§j
hornos o recintos ce rrados
MEZCLA
• Apropiados para re cintos abiertos
PREVIA
Quemadores de aire inductor
(gas inducido)
• Fácil y amplia regula ción de la potencia,
AIRE
Quemadores antorcha
& sopletes ornos
manteniendo constan
te
la
relación
gas
GAS
•
Variaciones
de
cau
dal de 1 a 5 (en el mismo quemador)
• Composición mezcla aire-gas independien te
de
la contrapre
sión
• Mayor proporción de aire en la mezcla y
menor proporción de aire secundario
y
aparatos
que necesitan una re gulación fácil de la potencia, mantenien
aire-
Hasta
500 termias/h (50 m3/h)
do constante la rela
ción aire-gas mezcla
de la
isí
10
ia¡
Aplicaciones
Potencias normales
Características
Tipo de quemador
específicas l.y
Quemadores con máquina mezcladora (aspirando el gas
y el aire a presión atmosfé rica)
Quemadores
• Mezcla a i r e - g a s de composición rigurosa mente
constante
Quemadores «jet» Quemadores radian
en
cualquier proporción determinada. Posibili
tes a
dad de
tura
mezcla este
quiométrica y con ex
Hasta
ceso de aire
4 000 termias/h (400 ms/h)
9 Variaciones de caudal de 1 a 20
alta tempera
Quemadores radiantes porosos Calentamiento de hornos de vidrio
fejffi;
Combustión
• Mezcla a alta presión DE
intensi
vos
sumergida
si es necesario
• Apropiados para re cintos cerrados
MEZCLA
Igg
y a
presión Quemadores de llamas libres
PREVIA
(alimentados en premezcla) AIRE
Quemadores antorcha Quemadores de
9 Llamas pegadas a los orificios de salida sin
rampa
pieza refractaria esta9 Alimentación por
cualquiera de los sis
CAS
temas
anteriores
de
OÍ
Quemadores de
bilizadora
Según sistema an terior de mezcla
mezcla
corona
Quemadores de pipa Calentamiento calde ras de calefacción,
agua caliente, tan
ques de líquidos, ba ños, etc.
Quemadores de premezcla con cono refractario
Cono de combustión estabilizador de llama Alimentación por
cualquiera de los sis temas
anteriores
Hornos industriales
Según sistema an terior de mezcla
de
mezcla
W'
tmii
Tipo quemador
Potencias nominales
Características
Quemadores de alimentación
De llama blanca
separada en aire y gas
Aplicaciones específicas
Muy pequeñas po
Usos comerciales
tencias
domésticos:
y
calenta
dores instantáneos de
agua, cafeterías, etc. Muy utilizados industrialmente, general
De llama de difusión
Quemadores monobloc
en
régimen
turbu
lento:
mente con cono de
derrames convergen tes de aire v gas derrame giratorio derrame chorros pa
combustión
ralelos
DE
Alimentación separa da de aire y de gas a presiones bajas Admite grandes exce sos de aire (hasta 10
ALIMENTACIÓN
SEPARADA
Desde pequeñas potencias Desde pequeñas
potencias hasta 10000 termias/h
Muy indicados para producir llamas muy cortas o
largas, se
gún sea el tipo de derrame
(1000 m3/h)y más
veces el aire teórico)
y grandes variaciones DE AIRE Y
(SIN MEZCLA
GAS
de caudal
Quemadores mixtos o combustibles
multi
do
el
ventilador
ras de combustión a
baja o media tempe
de
aire, y los dispositi PREVIA)
Indicados para cáma
Caracterizados por formar un bloque compacto, contenien vos de encendido, de tección de llama, re
gularidades y regula ción automática Caracterizados como los anteriores con to
De 50 termias/h a 1000 termias/h Hasta
10000 termias/h
ratura (600° C) Se emplean para es tufas, secadores, que madores de aire ca
liente y, sobre todo, en calderas de vapor
los los accesorios, pe ro con el ventilador
no incorporado Hornos
Caracterizados por funcionar simultánea mente o alternada
mente con pas y fueloil
' Admiten gran varia ción de relación aire-
industriales,
especialmente: Desde 80 termias/h Hasta
25 000 termias/h
y superiores
hor
nos Martin, hornos de cemento, hornos
de vidrio y hornos metalúrgicos Grandes calderas de
gas y grandes varia
vapor en
ciones de caudal
térmicas
centrales
=1
^1
=1
^s
GAS NATURAL
190
QUEMADORES INDUSTRIALES
tión tienen una influencia directa en los intercambios térmicos
con el recinto y bóveda del horno y con los productos a tratar. Por otro lado, las dimensiones de la llama son un factor impor tante de la isotermía de la carga, a cuya desigualdad son impu
T
191
El estudio de estos elementos se sale del cuadro de este libro.
No obstante, vamos a enumerar los distintos sistemas que existen en el mercado y cuándo es necesario aplicarlos.
tables una parte importante de los defectos de cocción de ciertos productos.
Afortunadamente, cuando se trata de equipar nuevas instala ciones, estos problemas han sido ya resueltos por los construc tores de los hornos o aparatos, que se han preocupado, con todo conocimiento de causa, de adoptar los quemadores más apropia dos a su función.
Cuando se trata de convertir hornos existentes, que funcio nan con carbón o fuel-oil, al funcionamiento con gas natural, re
comendamos acudir siempre al constructor del horno para pedir su consejo. Si ello no fuera posible, deberá estudiarse minucio samente el tipo de quemador de gas cuyas características de com bustión y dc llama se aproximen lo máximo posible a las de su funcionamiento actual. Tras ello, es relativamente fácil obtener
unos resultados óptimos, eligiendo juiciosamente los nuevos que madores o transformando a gas los quemadores de fuel-oil exis tentes (cuando ello es posible), modificando incluso, si es preciso, su emplazamiento.
A fin de facilitar este trabajo, liemos resumido, en el cuadro
anterior, las principales características de los quemadores y las principales aplicaciones de los mismos.
4.10.
de elementos auxiliares para:
91 proteger las canalizaciones y los mezcladores de los retornos de llama, encendido automático,
® detección ile Ins llamas, '*
Protección de las canalizaciones y los mezcladores de los retornos de llama
Esta protección sólo es necesaria en los quemadores de mez
cla previa de aire y gas, en donde la combustión puede propagarse a la mezcla y a las máquinas mezcladoras situadas a veces a cier ta distancia del quemador. Los dispositivos utilizados son: para llamas formadas por rejillas y virutas de cuproníquel o acero ino xidable, y válvulas térmicas que cierran el paso "cuando se pro duce un aumento de temperatura por combustión en su interior. 4.10.2.
Encendido automático
El encendido manual de los quemadores por una mecha im pregnada de alcohol es todavía empleado con frecuencia en los grandes quemadores dc hornos de alta temperatura de marcha continua o de utilización de gran intermitencia. En los demás casos se recurre a un sistema automático de encendido, que pue de ser de mando manual o eléctrico. Estos sistemas son: ® por resistencia eléctrica,
•
por chispa eléctrica,
•
por cristal piezoeléctrico.
Elementos auxiliares de los quemadores
Los quemadores van acompañados muchas veces dr una serie
15
4.10.1.
rcmilacinn attinpi•• lit •>.
4.10.3.
Detección de las llamas
El detector de llama es un dispositivo de seguridad que, en caso de no encendido del quemador después de un tiempo deter minado o en caso de extinción accidental en marcha, provoca el cierre de la válvula automática dc llegada de gas al quemador o »rnpo dc quemadores en cuestión.
1
1
•
1
•
1
D
^-^
H2> GAS NATURAL
192
Los tipos de detectores de llama corrientemente empleados son:
• •
dispositivos de dilatación, pares termoeléctricos,
•
electrodos de ionización,
•
células fotoeléctricas.
4.10.4.
CAPITULO V
Aplicaciones industriales
Regulación automática
La regulación de la marcha de un quemador consiste en re gular: • °
la potencia térmica o caudal térmico, la calidad dc la combustión, es decir, la relación aire-gas. Esta última se efectúa manualmente y consiste en fijar una
Aparte del empleo del gas natural en la industria para los usos específicos que hemos señalado anteriormente, y en los cua
les el gas es insustituible, vamos a exponer las aplicaciones en las ramas industriales más importantes, señalando los servicios
vez por todas un valor determinado de la relación. Las válvulas
en los cuales el gas es más idóneo y permite sustituir ventajosa
de regulación de proporción se conectan de forma que, al variar el caudal de una de ellas, varía proporcionalmente el caudal de
mente a otros combustibles.
la otra.
La regulación de la potencia o caudal térmico viene deter
minada esencialmente por la temperatura, y se consigue regulan do el caudal de gas al quemador. Esta regulación puede ser auto mática y es accionada por un termopar, termómetro, manómetro (caso de producción de vapor) o pirómetro. La regulación puede ser: discontinua o continua.
La discontinua puede ser: «de todo o nada», «todo o poco» y «todo, poco, nada». La continua puede ser: proporcional, integral, derivada o com binación dc 2 o 3 acciones precedentes.
Actualmente se encuentran en el mercado reguladores galvanometálicos, permitiendo obtener impulsiones proporcionales
a la diferencia de temperaturas entre el valor medio y el valor de consigna. Estos sistemas permiten realizar una regulación proporcional sencilla dc los quemadores de «'as.
Las aplicaciones más importantes y corrientes son las si guientes:
Generadores de vapor.
Siderurgia y metalurgia de metales férreos. Metalurgia de metales no férreos. Cales y cementos. Vidrio.
Cerámica.
Industria Química.
Industrias agrícolas y de alimentación. Industria Textil.
Madera, papel y cartón. Utilizaciones diversas.
5.1. Gas natural en los generadores de vapor Aunque la elección del combustible utilizado en un genera dor dc vapor no tenga influencia técnica sobre la producción, su
incidencia sobre numerosos factores puede variar muv sensible-
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
194
gas y la rápida combustión de éste, permite aumentar la
mente de un combustible a otro. A este respecto, las ventajas
específicas del gas le colocan en una situación favorable. Estas ventajas se derivan de las características del gas, especialmente
carga térmica específica. La infraestructura de recolección
de las cenizas y escorias puede suprimirse. Desde luego, que da suprimida la parrilla y todos los elementos de manuten
dc su estado físico, de su pureza y, dc una manera particular, de
ción mecánica. Las cámaras de combustión, empleando gas natural como combustible, permitirán cargas térmicas espe
la constancia de su composición y de la ausencia de azufre.
Dichas ventajas, respecto a los combustibles sólidos y líqui
cíficas comprendidas entre 0,5 x 106 y 1,5 X 106 kcal m3/h
dos, son las siguientes:
que, referidas a la sección transversal de la cámara, deben
© Ausencia de almacenamiento del combustible en el exterior o
permanecer dentro de los límites de 450 000 a 900 000
interior de la sala de calderas.
kcal/m2/h.
9 No hay formación dc cenizas de ninguna forma: sólidas, li quidas, fundidas (escorias) o volantes. Todos los dispositivos
b)
trales modernas de carbón pulverizado. La combustión del
ceso mínimo de aire del orden del 10 al 20 % cuando con
gas no poluciona ni contamina la atmósfera. No hay deposición ni formación de depósitos adherentes en las superficies de intercambio de calor de la caldera, mejo
fuel-oil no puede bajarse del 20 al 30 % y con el carbón del 40 al 50 %. Igualmente existe posibilidad de reducir la tem
peratura de los humos a la salida de los quemadores, sin riesgo de corrosión en las partes finales de la instalación,
rando la transmisión de calor de las partes metálicas y no aumentando la resistencia del circuito dc gases.
*
debido a la ausencia dc azufre en el gas y de S02 en los pro
ductos de combustión. La constancia en la composición de los humos para distintas cargas de la caldera (demandas de vapor), permite que los rendimientos industriales de explota
El caudal de combustible, fácilmente mediblc, permite una
regulación sencilla del aire de combustión en función de aquél. © La mezcla aire/gas puede realizarse íntimamente con un dé bil exceso de aire, asegurando una combustión completa y mejorando el rendimiento térmico. • Siendo la proporción de azufre prácticamente nula, no tienen
ción alcancen valores próximos a los rendimientos teóricos o de prueba.
c)
que existir corrosiones en la parle final de la caldera, espe peratura de los humos puede disminuirse sin temor. La incidencia del empleo del í/as sobre otros farloics se deja rá sentir en:
La regulación
El empleo del gas natural facilita la utilización de dispositi
cialmente en los cconomizadores o recuperadores de aire, los ventiladores de tiro forzado y los conductos de unión. La tem
a )
El funcionamiento
El rendimiento térmico puede mejorarse, como mínimo, de tres a cinco puntos (según el combustible que sustituya pue de llegar a 8 °/o) gracias a la posibilidad de realizar y mante ner la proporción aire-gas a diferentes marchas, con un ex
de recuperación (tolvas, ceniceros, registros, etc.) y de evacua ción pueden suprimirse, especialmente los separadores de polvo, tan importantes y tan numerosos en las grandes cen
9
195
vos de regulación y de mando automático, manteniendo cons
tante la presión de vapor y la mezcla aire-gas del quemador, siguiendo las variaciones de las demandas de vapor. d)
El mantenimiento
Los quemadores de gas no necesitan prácticamente ningún
mantenimiento, permaneciendo siempre libre de goteos y de
La conslmcción
Las dimensiones de lis cámaias de • on-luislión •!< I >s calde
polvo los frentes de la caldera donde van colocados los que
ras pueden rrduchse con respecto a las dimensi-,
madores. Las superficies de transmisión dc calor de las cal deras permanecen siempre limpias.
tes de éstas, lililí -ando raí Uní. La perfecta me
la de aire/
e)
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
196
197
Las inversiones
ción de los quemadores. Estos deben cumplir, especialmente, las
El gas natural permite la supresión de los parques de alma
exigencias siguientes:
cenamiento del carbón o de los tanques de almacenamiento
a)
de los combustibles líquidos, así como de todos los disposi tivos de alimentación y trasiego de combustible y evacuación de cenizas. Tampoco son necesarios dispositivos para supri mir o reducir los riesgos de contaminación atmosférica. Con el gas natural se suprime el riesgo de eventuales indemniza ciones por daños a los vecinos o a la agricultura.
La producción de vapor utilizando gas como combustible, es pecialmente en las industrias que necesitan el gas natural para
asegurar una mezcla homogénea y suficientemente rápi da del aire y el gas, de manera que la combustión se mantenga perfecta y terminada en la cámara de com bustión antes de todo contacto con las paredes, cuya baja temperatura detendría la combustión, con riesgo de obtener inquemados (disminución dc rendimiento) y po sibilidad dc formación de mezclas combustibles en el
circuito dc humos;
b)
asegurar, a cualquier régimen, que se mantenga constan te la proporción de mezcla aire-gas próxima a la relación estequiométrica y, en todo caso, dentro de los límites de inflamabilidad con un amplio margen de seguridad;
c)
y órganos de seguridad y regulación, sin que la estructura de la
asegurar una velocidad de salida dc la llama del quema dor inferior a la velocidad de propagación de la llama, para evitar el desprendimiento de ésta de la boca del quemador, especialmente durante el periodo de encen
caldera, en sí misma, sufra modificación alguna.
dido;
otros menesteres, es cada día mayor. En muchos casos regulariza
el consumo de gas cuando en otras dependencias la marcha de los aparatos es intermitente y el aumento dc consumo permite obtener precios más bajos en los contratos de suministro. La transformación de las calderas no presenta, en general, dificultades, reduciéndose al montaje del equipo de quemadores
5.1.1.
d)
permitir ajustar el volumen y la longitud dc la llama en función de las dimensiones de la cámara de combustión, a fin de asegurar que aquélla llene completamente la cá mara, evitando siempre los puntos de impacto con las paredes. En grandes calderas con cámaras de dimensio nes importantes, es preferible colocar varios quemadores en lugar de uno solo de mayor caudal;
e)
permitir la obtención de una llama luminosa que favo
Equipos para calderas industriales
El material necesario para la utilización del gas natural en un generador de vapor comprende: •
los quemadores,
•
los dispositivos de regulación,
© los sistemas dc seguridad. 5.1.1.1.
rezca el intercambio dc calor, particularmente en las calderas a radiación.
Quemadores a gas natural
Las calderas de hogar interior o pirolubularcs y las acuotubulares modernas tienen la cámara dc combustión recubierla con
paredes o tubos de agua. Son, por consiguiente, hogares fríos cuyas paredes están a una temperatura sensiblemente inferior a la de ínllainahilidad del gas. Esta característica de construcción
tiene una consecuencia
importante en lo T' ' *•<" reí" ". a las •• .le conslruc-
Existen en el mercado español quemadores que satisfacen
las exigencias indicadas. El número de quemadores depende, esencialmente, dc la potencia de la caldera. En general, para cal deras dc producción inferior a 20 t/t se coloca un solo quema dor; para calderas de producción de 20 a 50 l/h se colocan dos quemadores; para producciones superiores, se colocan cuatro o más quemadores.
GAS NATURAL
198
APLICACIONES INDUSTRIALES
199
5.1.1.2. Dispositivos de regulación
Aunque la construcción de algunos órganos de control, de re gulación y de marcha automática tiene alguna particularidad, en la utilización de gas los principios generales son los mismos que para otros combustibles (especialmente para los combustibles líquidos) y su aplicación no entraña ningún problema particular: por el contrario, la limpieza de gas y de los productos de la com
Para respetar estas tres condiciones, es necesario que, en todo momento, se pueda accionar y controlar: • •
el caudal de gas, la presión del gas,
•
el caudal de aire,
bustión son factores favorables para el buen funcionamiento de dichos dispositivos.
•
la relación gas-aire,
•
el tiro.
La elección del tipo y programa de control y de regulación será, en cada caso, objeto de estudio. En el mercado existen todos los tipos de materiales que permiten revolver el problema, desde
Estos elementos se regulan, en general, para el conjunto del equipo: sería deseable, sin embargo, que, a excepción del último, pudieran regularse para cada uno/ele los quemadores.
el más sencillo al más complicado.
Las operaciones de encendido, tanto manuales,,,sémiautomáticas o automáticas, consisten en:
5.1.1.3.
Órganos dc seguridad
La seguridad merece ser estudiada cuidadosamente, por una parte en razón de su gran importancia, por otra, en razón de las exigencias particulares de empleo de un combustible gaseoso. Teóricamente, es más fácil obtener una mezcla perfecta y rápida entre el gas y el aire comburente —que, por otra parte, puede aproximarse más o menos a las condiciones de una mezcla explo siva— pero también es cierto que el gas se presta más láeihnente (debido a su facilidad de manipulación) a la adaptación de dispositivos que permiten, precisamente, prevenir la realización de tales condiciones.
El conjunto ele órganos de seguridad debe satisfacer a una triple exigencia:
® impedir toda introducción de gas en un recinto de combus tión sin que hayan sido accionados previamente los disposi tivos de encendido y de que se haya controlado el liiuciouanúenlo correcto dc estos;
® impedir toda introducción dc una mezcla gas y aiie en pro porciones tales que, la combustión de esa ni»-/.' la no pueda hacerse rorieelainrnle:
asegurar la interrupción lápida de la alimentación de gas, en caso de extinción imprevista de uno u otro quemador.
•
asegurar un barrido eficaz con aire de la cámara de combus
tión y de los conductos posteriores durante un tiempo su ficiente, a precisar en las consignas, a fin de que no haya ves tigios de gas en los mismos (cierre defectuoso de la válvula de gas);
• encender el piloto o quemador de encendido y comprobar que la llama se mantiene estable;
• regular la entrada de aire y después abrir el gas; • asegurarse del buen funcionamiento del quemador; • en instalaciones equipadas con varios quemadores, efectuar su encendido sucesivamente.
La comprobación de encendido y mantenimiento de la llama
en cada quemador se asegura mediante un dispositivo de «con
trol de llama», que no debe intervenir más que a título de segu ridad complementaria en caso dc incidente.
Se utilizan principalmente dos soluciones:
• la ionización de la llama que asegura la detección por medio dc electrodos sometidos a una diferencia dc tensión que puede ser continua o alterna, actuando entonces por rectificación de la tensión alterna. Los electrodos deben colocarse en la
llama piloto, si existe, o en su defecto, en la llama principal, v su posición debe elegirse cuidadosamente. La elección de
rado;
la medición de las radiaciones emitidas por la llama, debido a una célula fotoeléctrica sensible a la radiación de los produc
electrodos de masa, de longitud apropiada, evitará la coloca ción de dispositivos de seguridad por simple desprendimiento de la llama de la boca del quemador, cuya intervención no tendrá lugar más que en caso de .... desprendimiento exage
GAS NATURAL
ro, de ,a
acciommcIo c|
gasa los quemadores en caso de extinción
un dispos¡tivo de
l^O^r**"*™^^ avariación délo,
un dispositivo de control dc la presión provocando el corte de
La instalación más sencilla comprende pues:
apido de la llegada de gas a los quemadores. La vuelta 1 Mtuauon normal no puede hacerse más que por intervención
dos si,uaciones ysu acción debe traducirse en un corle total y
Los dispositivos de seguridad deben poder responde, a estas
cletectuoso de este).
La extinción inopinada de la llama puede tener dos causas: variación o disminución intempestiva de la presión; desarreglo de la combustión, haciendo que la mezcla aireas en el quemador quede fuera de los límites de inflamabilidad (paro de comente en el ventilado,- de aire o funcionamiento
dido podría provocar una deflagración.
ces llena de una mezcla en proporciones explosivas, cuyo encen
En general, el riesgo consiste en la extinción eventual de la llama del quemador, seguido del derrame de la mezcla aire-gas sin encender en la cámara de combustión; ésta se hallaría enton
con la llama.
tos de la combustión. La posición y la orientación de dicha célula son importantes y deben escogerse juiciosamente. Ofre ce la ventaja de poder montarse en el exterior de la cámara de combustión sin necesidad de tener ninguna parte en contacto
200 201
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cas
una región o una industria determinada, la renovación dc los
A medida que progresa la disponibilidad de gas natural en
5 1.2. Conversión de calderas existentes a gas natural
natural.
La figura 87 representa un esquema completo de un equipo de seguridad para varios quemadores de calderas, empleand»lo
gas natural en un grupo de quemadores para generadores dc vapor.
N«
•"r I l--^=
Fig. 87.-Esquema dc los dispositivos de seguridad para combustión dc
V..IV..!.-, •I:,|ll|.in,i„ pilotos
dc la coldora ' "9,
t,„LVnlvul.i (I.-
'' T^f—s' x-ff~!-B-?í +f f .f, 1J- - •:
Válvula automática dc escon* / ; . I.i oírnosle
Ventilación caldera /""\
Rola tomporizodor
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7¿g¡¡ ,.. i»"> «09 J I •'•'• eombimtldrí
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Coi noiurol
cerá todas las garantías necesarias.
la del quemador, la utilización de gas natural en las calderas ofre
dica y frecuente del buen funcionamiento de los diferentes órga nos de seguridad, cuya elección es tanto o más importante que
En estas condiciones, y realizando una comprobación perió
rente y del ventilador de tiro.
El órgano de corte deberá también intervenir en caso de falta de corriente, que provocará el paro del ventilador de aire combu
se, todas las maniobras del encendido.
cender hasta que la causa del cierre del gas se haya detectado y suprimido, y después de efectuar, en el orden que deban hacer
más que manualmente, de tal forma que no pueda volverse a en
El rearme del órgano de corte de gas no podría efectuarse
APLICACIONES INDUSTRIALES
U
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r^
II
f~~ri
1
GAS NATURAL
202
equipos se hace en función de dicho combustible, ya que son po cos los casos en que se abandona una vez adoptado y apreciado. En aquellos equipos y calderas que inicialmente empleaban otros combustibles y que, en una primera etapa, fueron adaptados al gas natural, se sustituyen, a medida que se requiere su renova
ción, por hornos y calderas concebidos y construidos para la uti lización de dicho combustible.
Es indudable que los constructores que han adquirido una
perfecta maestría sobre el gas natural pueden ofrecer instala ciones específicas que den plena satisfacción a los usuarios, tan to en resultados como en comodidad y seguridad.
Sin embargo, la llegada de gas natural a nuevas zonas y re
giones por extensión de redes de transporte y distribución, plan
tea la conversión de las instalaciones existentes y, por ello, se
APLICACIONES INDUSTRIALES
•
1
203
los dispositivos de control de llama por célula fotoeléc trica pueden eventualmente adaptarse a las característi cas particulares de la llama de gas natural.
2)
Calderas construidas o equipadas para funcionar con carbón La adaptación a gas natural de las calderas a carbón presen ta problemas más complejos y conduce a inversiones relati vamente más importantes. Por ello, en general, no resulta aceptable más que en quemadores de combustión moderna en buen estado.
Dada la variedad de tipos existentes, no es posible estable cer reglas precisas para las transformaciones a realizar y sobre los resultados a obtener. Es algo que compite al cons tructor de la caldera. No obstante, podemos dar ideas gene rales, en el caso de calderas con parrilla mecánica, que per
ha considerado interesante señalar algunas peculiaridades:
mitirán a los industriales darse una idea de la naturaleza e
I) Calderas construidas o equipadas para funcionar con fuel-oil
importancia relativa de su problema. La parrilla puede, en general, conservarse. En este caso es
El acondicionamiento de tales calderas es una operación sen cilla y poco costosa:
• no hay que efectuar ninguna modificación en la caldera en sí misma;
• todos los equipos auxiliares, ventiladores y óiganos de regulación pueden conservarse. Concretamente, los cau dales y las potencias absorbidas por los ventiladores de aire-comburente y-dc-t-iro son ligeramenteinferiorcsXdisminución del exceso dc aire) a cuando funcionaban con fuel-oil o carbón como combustible, ya que, teóricamente,
la cantidad de aire necesaria para la combustión depende únicamente del calor desarrollado en el hogar (potencia
de la caldera) y no del tipo de combustible; 9 los quemadores de fuel-oil pueden conservarse; siempre
es posible disponer los quemadores dc gas alrededor dc los inyectores de lucí. Pueden también sustituirse por
quemadores mixtos gas-fucl. Es interesante 'conservar los quemadores de fucl, así como todos los dispositivos de alimentación cuando ya están instalados, puesto que per
miten asegurar, en determinados casos, las variaciones de la carga a fin de mejorar la modulación en el consumo ele i'.as:
necesario protegerla, al pasar a la combustión de gas, por una solera de ladrillos refractarios colocada sobre la misma. La
combustión mixta gas-carbón sobre parrilla es posible en algunos casos particulares.
La única condición que debe respetarse es que el volumen de la cámara de combustión sea suficiente.
Enrías calderas dé íübó«T de aguaes^necesario que la distancia
de la solera a los primeros tubos que reciben el «golpe de fuego», sea suficiente. Esta condición exige, a la vez, la supresión de la parrilla mecánica. En la figura 88 se representa una caldera de
263 m2 de superficie de calefacción timbrada a 25 kg/cm2 con recalentador, parrilla mecánica, economizador y chimenea de tiro mecánico, en la que se modificó su estructura frontal al con
vertirla a gas natural suprimiendo la parrilla.
En general, el incremento en el rendimiento «calculado» pue
de alcanzar el 8%, cifra largamente confirmada por la expe riencia:
Rendimiento gas natural: 92 % Rendimiento carbón:
85 %
1
"1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
204
205
la cantidad de aire necesaria y los humos de combustión se reducen en un 20 %, lo que se traduce en una disminución de
^
ir
'"f
la potencia consumida por los ventiladores de aire y de tiro; los gastos de mantenimiento y de personal en aprovisiona miento de combustible y retirada de cenizas quedan supri midos;
los gastos de mano de obra para la marcha y conservación dc la instalación pueden ser notablemente reducidos. 5.1.3. Fig. 88.—'Trans formación a gas natural de una caldera calcnlada
con
car
bón. Superficie dc dc
calefacción la caldera
Las calderas construidas para utilizar gas natural no difieren, en su estructura general, de las construidas para quemar fuel-oi-1. Por este hecho, conservan la facultad de poder utilizar ambos combustibles en régimen mixto. Se comprende que esta posibi lidad es recíproca.
Esta facultad presenta un cierto número de ventajas de tipo
263 ni:l timbra
da con
a
15
Hpz,
recatenta
dor, y tiro me cánico.
económico. Principalmente:
•
• r- 8 «Mi.
85
Una estimación paralela tic las ventajas que se derivarán de la conversión permitirá establecer un balance comparativo de resultados, lo que facilitará estimar la oportunidad dc la opera ción. Además de las ventajas enumeradas anteriormente, es pre
ciso tener en cuenta las particulares motivadas por el cambio de combustible; ventajas que inciden sobre el precio de coste del vapor, y que relacionamos a continuación:
© la vaporización máxima dc la caldera se conserva o sobrepasa;
* la ganancia de rendimiento, calculado del orden del 8 °/o, es superado largamente en la práctica, debido a la posibilidad dc un reglaje correcto de la combustión a cualquier régimen, prácticamente imposible de conseguir con el carbón;
poder mantener con precisión un suministro de gas natural en condiciones económicas favorables, sin depender del factor carga;
Aumento dc rendimiento 7 puntos, o sea: 92—85
Funcionamiento mixto gas natural -fuel oil
prever la utilización estacional;
"• poder suscribir un contrato en condiciones compatibles con los imperativos de funcionamiento, interrumpiéndose incluso el suministro, en contrapartida de lo cual puede obtenerse una reducción sensible en el precio del gas consumido. Técnicamente, el funcionamiento mixto, sea alternativo o si
multáneo, supone un compromiso entre los parámetros de regu lación propios de cada combustible y, en consecuencia, entre las condiciones óptimas dc marcha que podrían obtenerse con un único combustible. A pesar de ello, el compromiso que se adquie re es prácticamente satisfactorio y su incidencia sobre el rendi miento resulta despreciable frente a las ventajas que, en la ma yoría de los casos, supone una marcha mixta gas natural-fuel-oil.
1
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~-=%
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Sin embargo, el funcionamiento mixto no puede ser tomado en consideración hasta después de haber establecido un balance
vo a palas orientables, permitiendo variar las cantidades de aire
exhaustivo de las consecuencias económicas, directas o indirec
de un cambiador de calor donde se recalienta a 150 °C, distribu
206
tas, que comporta.
a suministrar a los quemadores. Dicho aire está pulsado a través
yéndose a esa temperatura a los quemadores. El aire se admite a
Ejemplo:
A) Una fábrica de papel, produciendo 300 a 350 t/día de pa pel, destinado especialmente a la fabricación de sacos, transformó a gas natural una caldera moderna ALSTHOM, prevista para la combustión dc carbón, de las características siguientes: Capacidad Variaciones de carga Presión del vapor Temperatura de recalentamiento Temperatura del economizador Temperatura de los humos Caudal máximo de los quemadores Consumo anual
45 t dc vapor/h 10 a 45 t vapor/h 75 a 110 kg/cm2 480 °C
cada quemador en la parte posterior del mismo por un registro de turbulencia, compuesto de una especie de cilindro provisto de palas que pueden abrirse o cerrarse, maniobrando una palanca situada en el frontis del quemador.
Seguridad:
La seguridad está constituida (ver fig. 89) por un detector de llama H, que mantiene abierta la válvula electromagnética (10) de alimentación del piloto de encendido acoplada a la válvula electromagnética (8) de seguridad de los quemadores.
300 °C 120 -145 °C
440 m3/h 19 683 010 m3
Dicha caldera suministra el 25 °/o de las calorías necesarias a
la fábrica, produciéndose el restante 75 % en otras calderas, que mando cortezas de pino. Quemadores:
La caldera está provista dc 3 quemadores dc gas de las características siguientes: Caudal máximo unitario Caudal mínimo unitario
Presión del gas
207
1 370 Nm3/h 340 NmVh 0,035 a 0,500 kg/cm2
Presión del aire
60 a 150 mm c.a.
Gas utilizado
gas natural de poder calorífico superior, de 9 000 kcal/m3 a 15 °C,
V
^ I ^
CI«COITO
-t¿HH>< ' ' E*3
750 mmHg.
-t*r-IB Aire de combustión:
El aire de combustión está suministrado por un ventilador centrifugo equipado en su orificio de aspiración con un dispositi-
Fig. 89. — Esquema de los circuitos de seguridad y de regulación.
GAS NATURAL
208
La válvula electroneumática (3) está accionada por los «pre-
sostatos» de gas (5), colocados a ambas partes de aquélla y por el «presostato» de aire colocado en el conducto de distribución dc aire. Dicha válvula no abre el gas más que cuando la presión de entrada es la correcta (suficiente presión) y cierra el gas si se produce un exceso o una falta de presión. La válvula (4) está destinada a evacuar el gas a la atmósfera cuando se cierra la vál vula (3), a fin dc impedir, por una parte, la subida de presión en la tubería de gas, si la válvula (3) no fuera hermética y, de otra parte, la entrada de gas a los quemadores si las válvulas de cierre colocadas en el circuito dc alimentación de los quemadores no aseguraran una estanquidad absoluta cuando se cierran. Por otro lado, un enclavamicnto eléctrico dc seguridad no permite el funcionamiento del encendido más que cuando la válvula (7) de alimentación del quemador está cerrada. Encendido:
El encendido solamente puede realizarse si se efectúan las operaciones siguientes:
Accionar el contactor de barrido de la caldera, que pone en marcha los ventiladores de admisión de aire de combustión y de extracción de humos. Barrido de la caldera con aire durante 3
minutos. Accionamiento del contactor de encendido que provoca la formación de chispas. Abertura de la válvula electromagnética del piloto de encendido (10), desbloqueando automáticamente el enclavamicnto eléctrico dc seguridad. En esc momento se encien de el piloto, y el detector de llama // entra en funcionamiento, provocando la abertura de la válvula electroneumática del que mador. Abertura a mano de la válvula (7). Reapertura dc los re gistros de turbulencia dc aire a la posición determinada en los ensayos. La regulación de la admisión de aire se efectuará accio nando los registros de entrada de aire del ventilador. Piloto de encendido:
El piloto está compuesto de dos tubos concéntricos: el prin cipal (interior), por el que circula una mezcla aire-gas que quema en el interior del tubo a unos centímetros dc su extremidad; el
APLICACIONES INDUSTRIALES
209
otro, exterior al principal, conduce gas puro que asegura el alar gamiento de la llama del piloto y garantiza su estabilidad.
En el interior del tubo principal se aloja el electrodo detector de llama que desemboca en la extremidad del piloto en el punto donde se efectúa la combustión.
El dispositivo de encendido por chispa es exterior al piloto, y penetra solamente en el interior de aquél en el punto donde se efectúa la combustión. La longitud de la llama del piloto es de 0,80 a 1 m.
Regulación:
Teniendo en cuenta las variaciones importantes de la deman
da dc vapor de la instalación con tiempos de respuesta del orden de 10 s, la regulación automática tuvo que ser estudiada meticu
losamente. Se trataba, en efecto, dc mantener la presión de vapor cualquiera que fuera la carga, y de ajustar el caudal de aire de
combustión al caudal de gas introducido en el quemador.
El funcionamiento del conjunto de regulaciones, cuyo detalle y mecanismo no vamos a describir, puede resumirse como sigue: •
Un aumento dc demanda de vapor se traduce en una disminu ción de la presión, lo que provoca inmediatamente un aumen
to de abertura de los alabes del ventilador de aire, con objeto de proporcionar el caudal de aire necesario a la nueva situa ción.
•
Esta acción provoca igualmente un aumento instantáneo de
abertura de la válvula de entrada de gas natural, proporcio nal al caudal de aire anterior.
• En caso de una disminución de la carga se producen las opera ciones inversas.
La regulación del tiro de la chimenea se ha mantenido igual al que tenía la caldera, antes de su conversión a gas, es decir, por una cadena de acción proporcional del registro de tiro.
Gracias a la elasticidad de utilización, se ha podido equipar una caldera que debía hacer frente a variaciones importantes en el régimen de marcha dc las instalaciones, en las meior<*s rnnrli.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
211
G/iS NATURAL
210
ciones de rapidez, automatismo y seguridad, lo que hubiera sido
La regulación comprende:
• Una regulación del caudal de vapor a 25 kg/cm2 efectivos,
difícilmente realizable con otro combustible que no fuera gas
accionando:
natural.
La regulación del caudal de gas (que actúa sobre el caudal
Aunque el tipo de tarifas aplicadas a los suministros de gas
de aire).
sea más favorable a los consumos regulares, la solución adoptada
Una regulación de la alimentación de agua accionada por
en la papelera citada ha permitido obtener una mejora sobre el conjunto de gastos de combustible, por el hecho de que las otras calderas han podido trabajar en condiciones óptimas de rendi miento y marcha regular, efectuándose la modulación dc la car
el caudal de vapor (medido a la salida de la caldera). Una regulación del recalentamiento, accionado por son •
ga mediante la caldera a gas. B)
y regulaciones en una cabina, registra: La presión del vapor.
Una refinería de azúcar, tratando durante un año el azú
car bruto producido en 15 azucareras, con una capacidad de pro
El caudal del vapor. El caudal de gas.
ducción de 130000 t/año, se equipó con una caldera a gas natu
ral de 30 t/h, para asegurar todos los servicios térmicos: jarabes
El caudal de aire.
circulando a temperaturas próximas a 70 °C; evaporación seca
Las temperaturas (vapor recalentado y humos).
dos, etc., después de pasar el vapor por la central eléctrica para producir la energía eléctrica necesaria. La caldera es Babcock & Wilcox, tipo FML 16, timbrada a
32 kg/cm2 La presión a la salida del recalentador es de 26 kg/cm2. El vapor está recalentado a 400 °C. En marcha continua, la cal dera asegura 28 t/h, con posibilidades de punta de 31 l duran
das termostáticas colocadas en la salida del vapor. El cuadro de control de la caldera, colocado con los reíais
El contenido en oxígeno de los humos.
5.2.
Gas natural en la siderurgia y metalurgia de productos férricos
En esta actividad de la industria, el gas natural encuentra el
te 1 h.
La caldera está equipada con dos quemadores de una poten
mayor número y la mayor diversificación de aplicaciones en las
cia de 11 000 termias/h, funcionando a 400 mm c.a.
cuales se valoran al máximo sus cualidades específicas. Todos
El encendido de cada quemador se hace por antorcha. El control de llama se hace por célula fotoeléctrica sensible a los
empleo.
rayos ultravioleta. En la conducción de gas se instalaron: Una válvula de cierre manual.
los problemas térmicos que se replantean pueden justificar su En este capítulo se recogen las observaciones efectuadas y las informaciones recibidas de las utilizaciones más características, como
son:
Un diafragma de medición del caudal de gas que regula
Reducción directa del mineral.
la toma de aire del ventilador de combustión.
Altos hornos y cubilotes de fusión de hierro fundido.
Una válvula de mando neumático de seguridad general.
Hornos de aceros Martin Siemens y hornos eléctricos.
Un regulador de presión reduciendo la presión del gas a
Hornos de recalentamiento.
400 milibarias (4 000 mm c. a.) y una válvula de seguridad para presión mínima de gas.
Atmósferas controladas.
Un grupo de seguridad con válvula manual y válvula neu mática sobre la alimentación de cada quemador.
Hornos de tratamientos térmicos.
Técnicas especiales. Oxicorte.
^1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
212
5.2.1. Reducción directa del mineral
El objetivo perseguido es la reducción del mineral por la ac
ción directa de un gas reductor, sin pasar por los altos hornos,
ellos ha conducido todavía a realizaciones industriales económi camente útiles, salvo en condiciones muy especiales. Esta situa
ción puede evolucionar en sentido positivo en el curso de los
213
»Se citan proporciones más elevadas, alcanzando hasta 1,6 ki los de coque por m3 de gas natural. Estas proporciones corres ponden a temperaturas del aire más elevadas con inyección si multánea de oxígeno.»
donde el elemento reductor es el coque.
En numerosos países se han efectuado investigaciones sobre diversos procesos. Sin embargo, aunque varios de dichos proce sos hayan pasado del estado de investigación yhayan sido obje to'dc instalaciones piloto o de ensayos industriales ninguno dc
,™!
En todos los casos citados, el gas natural se inyecta en las toberas.
No se ha hecho mención de dificultades en el empleo de gas natural: al contrario, sus condiciones de funcionamiento se esti man favorables tanto desde el punto de vista de la inversión
como de la explotación. La débil proporción o la ausencia de azufre del gas natural es un elemento favorable para su empleo. Las tendencias actuales para una mayor valorización de dicha
próximos años.
técnica son:
5.2.2.
Altos hornos
La utilización del gas natural en los altos hornos conoce un
gran desarrollo en países que disponen de cantidades importan
tes de ese combustible. Así, por ejemplo, en la U. R. S. S., mas - de 80 Altos hornos utilizan el gas natural en inyección en las toberas dc aire.
Paralelamente a la inyección de gas natural, se ha desarrollado
el enriquecimiento del aire por oxígeno, cuya concentración, que
en término medio oscila entre 21,7 « y 23 «ó, puede llegar a al canzar en ciertos casos el 27 «H, y hasta el 29 %. Cada 1*o de oxígeno añadido al aire, hasta la concentración de 27 %, aumenta la producción del horno alto en un 2,5 %. Si al mismo tiempo
se incrementa la inyección de gas natural en las loberas, el con sumo específico dc coque disminuye rápidamente, pudiendo en algunos casos obtenerse una economía dc coque igual a 1-1,25 kg/m\
•
aumento de la temperatura del aire,
•
inyección simultánea de oxígeno,
•
empleo simultáneo de gas y fuel-oil, con eventual pulveriza ción del fuel-oil con el gas,
•
cracking preliminar del gas, con inyección de los productos de disociación encima del nivel de las toberas.
Esta última técnica permitiría proporciones de inyección su periores a las obtenidas por la inyección del gas natural bruto en las toberas. La elevada proporción del gas natural en hidró geno puede favorecer la reducción del mineral. 5.2.3. 5.2.3.1.
Hornos de fusión Cubilotes de fusión dc hierro fundido
En una encuesta realizada por el Comité de utilización de gas de la I.G.U. (International Gas Union) entre varios países utili zando el gas natural en los altos hornos, se resumía así:
En diversos países se han realizado instalaciones inyectando gas natural en los cubilotes para la fabricación de hierro fundido, sustituyendo parcialmente, con éxito, al coque. El interés econó
«A título indicativo, en los altos hornos, cuya temperatura
bustible y del aumento de la capacidad de producción del cubi lote. Se atribuye gran importancia a la ausencia de azufre del
del viento está limitada a 950° C, sin aportación dc oxígeno, se
inyectan 80 m» de gas natural por t dc fundición. 1 m3 de gas
natural sustituye a 1 kg de coque.
mico es considerable a causa de la disminución de coste del com
gas natural.
1
1
GAS NATURAL
214
El gas natural es inyectado en el cubilote por encima de las toberas de inyección de aire.
Gracias al funcionamiento mixto gas natural-coque, la capa
cidad de producción del cubilote puede casi doblarse. El consumo de calor, que es del orden de 950 termias por t de fundición líquida empleando únicamente coque, ha podido reducirse a al rededor de"600 tcrmias/t después dc pasar a la marcha mixta
APLICACIONES INDUSTRIALES
Entre las mejores se pueden citar: •
•
Mejor calidad de la fundición obtenida.
•
Ausencia de polvo o de humos visibles en la chimenea, es de cir, reducción de la polución.
Calentamiento de cucharas de colada.
Tratamientos térmicos: recocido de la fundición ferrítica y perlítica.
Disminución del contenido en azufre del hierro colado. Las
pérdidas en silicio y manganeso eran idénticas a las encontra das en los cubilotes empleando únicamente coque.
cubilotes, grandes posibilidades en otros servicios, tales como:
Oxicorte.
215
ducción de 25 t/h es de 40 kg/t de fundición, con un consumo de gas natural de 30 Nm3 por t (poder calorífico del GN, 7 560 kcal/Nm3). El consumo térmico específico se sitúa entre 520 y 640 termias por tonelada.
coque-gas. El gas natural encuentra, además de su empleo en los Secado de arenas de moldes. Cocción de moldes.
^"H
Entre las mejoras económicas podemos citar: •
Generación de gas de atmósferas controladas.
Economía considerable del coque, lo que representa una dis minución notable sobre el precio de coste de la colada y un aumento en el rendimiento térmico.
Ejemplo: Entre las realizaciones recientes efectuadas en USA, en URSS
y en Holanda, podemos citar en esta última la fundición de Leiden de la Koninglijke Nerderlandsche Grofsmcderij, especiali zada en la fabricación dc lingoteras de acerería (peso unitario 20 t) donde, uno tras otro, dos cubilotes de 1,30 m de diámetro se han equipado para la marcha mixta coque-gas.
Las lingoteras se cuelan a 1 300° C. La temperatura del canal
•
Menor desgaste de los cubilotes.
•
El precio de coste del combustible por tonelada de fundición se reduce aproximadamente a la mitad.
•
Se dobla la producción y se incrementa la agilidad.
•
La explotación es económica.
5.2.3.2.
El gas natural es utilizado en numerosos países, especial
se sitúa alrededor de 1 400 a 1 430° C, pudiendo alcanzar l 450° C.
Gracias a pasar al gas natural en marcha mixta con el coque, los cubilotes de 12 l/h, funcionando con coque solo, produjeron 22 t/h en la marcha mixta. También se han efectuado ensayos con pequeños cubilotes para un diámetro dc 600 mm, obteniéndose una producción de 4 l/h, mientras que para 800 intn de diámetro se obtuvieron 6 t/h.
El consumo de coque, anles del empleo dc gas, era de 130 kg/t, es decir, 960 termias (PCS) por t de fundición líquida. El rendi miento térmico estaba comprendido entre 30 y 35 %. Después de incorporar el gas natural, el consumo de coque para una pro-
Hornos de acero Martin Siemens
mente en URSS. A pesar de que su temperatura de combustión
es ligeramente inferior a la del fuel-oil, es muy apreciado por los aceristas por su elevada potencia calorífica, su pureza (ausencia
de azufre y vanadio) y por poderse disponer a presión. Para obtener en un horno Martin Siemens buenas condiciones
de calentamiento, es preciso que se cumplan las cuatro condi ciones siguientes:
•
caudal suficiente de combustible;
•
posibilidad de evacuar los humos sin producirse excesos de presión en las puertas;
GAS NATURAL
2 345" C
Gas natural frío
2 360° C
Gas natural a 150° C
2 385° C
Fucl-oil 1200°C*
2 335° C
do a
Gas de gasógeno precalenta
217
de éste.
un cracking previo del gas.
prometedores, añadiendo oxígeno en la combustión o efectuando
Otras técnicas dc utilización del gas natural solo, en los hor nos de fusión del acero, están en experimentación con resultados
la colada y afino.
20 a 30 °/o durante la primera fase, para aumentarla a 40-50 % en
guientes:
t, después de varios meses de funcionamiento, en marcha normal y empleando el calentamiento con gas-oxígeno, fueron los si
Los resultados de explotación de un horno eléctrico de 8-10
Ejemplos:
mente una hora antes del cebado) y, posteriormente, como com
plemento del caldeo eléctrico después de la puesta en servicio
Actualmente, la solución adoptada en las plantas que disponen
de gas natural y fuel-oil consiste en efectuar una combustión mixta empleando la presión del gas para pulverizar el fuel-oil. Estos quemadores deben ser alimentados con gas a alta presión: 4 a 8 kg/cm2. La proporción de fuel-oil añadida al gas es de un
El principio es muy sencillo: se introduce un quemador de gas natural-oxígeno en el interior del horno eléctrico, sea por la puerta de trabajo o por la de precalentamiento (aproximada
tremadamente interesante.
diendo un combustible más rico en carbono, bien efectuando un
presencia dc partículas de carbono incandescentes.
Hornos dc fusión eléctricos
La utilización de gas natural en los hornos eléctricos, aunque aparentemente sorprendente, se ha revelado en ciertos casos ex
5.2.3.3.
el gas.
ciones de marcha del horno son más favorables que con fuel-oil solo. El consumo específico de gas es de 150 m3/t de acero. El consumo total de calor de los hornos Martin, que era del orden de 1300/2 600 kcal/kg, ha podido ser mantenido con el gas na tural a sus límites más bajos: 1 300/1 400 kcal/kg. La producción de los hornos ha podido ser aumentada en un 15 °/o. El acero obtenido es de mejor calidad debido a la ausencia de azufre en
En cualquier caso, puede señalarse en su favor que las condi
dc la producción total de acero Martin del país.
tural, produciendo 40,2 millones de t de acero, es decir, el 60 %
210 hornos Martin consumieron 4 400 millones de m3 de gas na
en los regeneradores del horno. En URSS, ya en el año 1964,
plear gas natural solo, efectuando un cracking parcial del gas
técnicos propugnan haber encontrado un procedimiento para em
en hornos Martin. No obstante, en Rusia es muy empleado y sus
Faltan datos precisos relativos a la utilización del gas natural
debido al desarrollo de los convertidores básicos al oxígeno.
En numerosos países la importancia relativa de los hornos Martin Siemens para la fabricación del acero está en regresión,
APLICACIONES INDUSTRIALES
cracking parcial del metano que aumente la luminosidad por la
final de colada y afino, donde los intercambios por radiación tie nen importancia, es necesario aumentar el poder emisivo del gas natural, cuya llama, naturalmente, es menos luminosa, bien aña
próximas entre los distintos combustibles, el gas natural tiene menor poder emisivo, por lo que en el momento de las fases de
A pesar de que las temperaturas de combustión son muy
COj: 4%-CO: 26%-H^: 15%-CHf. 4%-N2: 51%
Análisis medio del gas dc gasógeno
dc combustión
Temperatura
Combustible
la siguiente:
porciones estequiométricas, con aire precalentado a 1200° C, es
natural, comparada con la del fuel-oil y gas de gasógeno, en pro
• gran rapidez de mezcla del combustible y comburente. La temperatura teórica de combustión de la llama de gas
ticularmente durante el refino;
9 llama de temperatura elevada y de fuerte poder emisivo, par
216
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=1
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=1
Gi4S NATURAL
218
APLICACIONES INDUSTRIALES
Promedio con
Promedio marcha normal
quemadores gasIoxigeno
2 705 kg 5,29 h
3 510 kg
219
falta de aire). Además, permite reducir la temperatura de evacua ción de los productos de la combustión hasta un valor próximo
al punto de rocío, sin que las partes metálicas frías sufran ries gos de corrosión.
Producción horaria
Duración media por colada Consumo eléctrico por t de lin gote
Consumo de gas natural nv'/t Consumo de oxígeno m3/t Duración media de las bóvedas Duración del revestimiento de sílice
4,10 h
792 kWh 0 l m:' 96 coladas
591 kWh 15 m3 20 m3
138 coladas
60 coladas
90 coladas
Estos resultados se obtuvieron únicamente en marcha de no
che. En marcha continua, los tiempos de colada pueden reducirse, obteniendo regularmente 6 coladas en 24 h. 5.2.4.
Hornos de recalentamiento
La adaptación dc estos hornos al gas natural, tanto si se trata de hornos de empuje para laminación, como hornos para forja, hornos de solera móvil u hornos de solera rotativa, no presenta ninguna dificultad. A temperaturas inferiores a 1 000° C, el inter cambio de calor se realiza más por convección que por radiación; la menor luminosidad de la llama de gas no entraña, en este caso, ninguna disminución dc rendimiento respecto a otros combus tibles.
Los hornos de recalenlamiento son, prácticamente todos, de
atmósfera normal y, por tanto, oxidante, puesto que los produc tos dc combustión circulan alrededor de las piezas a calentar en el laboratorio del horno. El calentamiento en atmósfera normal
tiene el inconveniente dc provocar una oxidación superficial del metal, tanto más importante cuanto mayor sea la temperatura y la duración de la operación. Este inconveniente resulta menor si
la capa de óxido formado no es adherente (cascarilla) y se des prende fácilmente al manipular la pieza a la salida del horno. Resulta diferente si dicha capa es lo suficientemente adherente para exigir una operación de descalaminado. Se han realizado numerosos trabajos para estudiar las condiciones de formación de óxido y las características de adherencia, pero sus resultados no son concluyentes. En la práctica, esos fenómenos vienen in fluenciados por numerosos parámetros, principalmente por la composición del metal tratado y el aspecto de su superficie. En particular, los aceros aleados son más sensibles a este fenómeno. El interés principal de la conversión de los hornos de recalenta miento al gas natural reside en la posibilidad de mejorar las condiciones del calentamiento mediante quemadores apropiados, que producen una forma, unas dimensiones y un poder emisivo de la llama adecuados, y una combustión sin exceso de aire que
tamiento dc tochos, lingotes, slabs y palanquilla, en los que la insuficiente radiación de la llama debe compensarse por una ra diación acrecentada de la bóveda y de las paredes del horno, cuya
parece juega un papel importante en la formación del óxido y sus condiciones dc adherencia. La elección dc quemadores inten sivos (de llama corta) ha permitido aumentar en proporciones importantes la capacidad de producción de esos hornos. Los hor nos especialmente proyectados y dotados de quemadores radian tes múltiples situados en la bóveda, parecen llamados a tener
temperatura debe ser más elevada y la pérdida calorífica más
gran desarrollo.
importante.
El gas natural está especialmente adaptado para su aplicación en hornos de recalentamiento, tanto desde el punto de vista de la perfecta realización de la combustión como desde el punto de vis
Para temperaturas superiores a 1 000° C es descable cierta luminosidad de la llama, en particular en los hornos de calen
La utilización del gas natural da la posibilidad de una regula ción precisa de la combustión y permite obtener el régimen más económico con la regulación aire-gas correspondiente a las ópti mas condiciones del tratamiento (atmósfera neutra o con ligera
ta del control y conducción de los hornos.
1
1
221
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
220
Los resultados obtenidos en la conversión al gas natural han permitido mejorar:
Ejemplos:
•
la conservación dc los equipos,
lanquilla de 83 X 83 mm de 10 m de longitud para laminación de
•
el rendimiento térmico,
9
el aumento de la potencia,
A)
Horno de empuje de 100 t/h de potencia, para tratar pa
redondos de 5 a 25 mm de diámetro. Características del horno:
<& la calidad de los productos (pérdidas al fuego por oxidación).
Dimensiones
Totales
Útiles
18,5 m
Longitud
33
efectuar un calentamiento, sin oxidación, en atmósfera normal
Ancho
(citada al hablar dc la recuperación del calor de los productos
Alto
12,6 m 4,5 m
Debemos mencionar aquí ciertas soluciones adoptadas para
m
11
m
1,4 a 0,7 m
de combustión), cuando deben alcanzarse niveles elevados de
temperatura (1 300° C) y presentar a la laminación aceros perfec tamente limpios (sin cascarilla). El principio es el siguiente: una atmósfera de productos de combustión permanece neutra o reductora para el acero, si las relaciones CO2/C0 y H2O/H2 son inferiores a todas las tempera turas de las zonas del horno y a los límites óxido-reductores a las mismas temperaturas. Esta condición se alcanza con el gas
El horno tiene dos zonas de calentamiento:
Una zona de calentamiento principal, que comprende los 2/3 de la longitud del horno. Una zona de igualación final.
La solera está inclinada 8o sobre la horizontal con objeto de
facilitar el avance de las palanquillas. La bóveda es del tipo sus
natural cuando la combustión se realiza con el 50-55 °í> del aire
pendida.
teórico.
La zona de calentamiento dispone de 10 quemadores en posi ción frontal. La zona de igualación de 14 quemadores. Los que madores son dc inyección de gas y aire en la boca del quemador,
Pero en dichas circunstancias no es posible alcanzar la tempe ratura de l 300° C, a menos que el aire se introduzca a 900° C (con lias frío) o con aire a 700° C y gas a 600° C. Esta última solución es la que se adopla normalmente, y los productos de combus tión que salen de la zona de alta temperatura, se utilizan después de terminar su combustión con más aire, para el calentamiento del aire y del gas a las temperaturas exigidas, mediante recupe radores metálicos de calor.
Esta solución, estudiada especialmente para el trefilado del
acero, puede encontrar aplicación en las forjas y laminadores modernos, donde se busca la economía del metal, la conservación
de utillajes costosos, la precisión y el buen aspecto de las super ficies de las piezas terminadas. La economía del metal basta so bradamente, en los aceros finos y especiales, para compensar el Ihiero aumento de consumo con relación a un horno tradicional.
sin mezcla previa. Los productos dc la combustión circulan en contra corriente del avance de las palanquillas, y se evacúan bajo la solera en la parte posterior del horno en una galería que las conduce a un recuperador. El aire de combustión se recalienta a 450-500° C, cir culando en un recuperador metálico vertical.
La regulación automática es independiente para cada una de las dos zonas de calentamiento. Está constituida por cuatro to
mas a radiación total, repartidas dos a dos en cada zona del horno; dos de ellas están conectadas a un registrador de tempe raturas, las otras dos accionan el dispositivo de regulación pro pio a cada parte del horno. Las temperaturas medidas y regu ladas son las del ambiente del horno.
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223
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Un dispositivo de proporción de mezcla regula la constancia de la relación aire-gas para el conjunto de quemadores, midiendo el caudal de aire caliente que actúa como fluido motor en la re gulación. Dos manómetros controlan y regulan la presión del horno actuando sobre el registro de tiro. La seguridad interviene
de material buscando una formación de calamina tan baja como
222
sea posible: en fin, los paros por accidente y por cambios de fabricación, las puestas en marcha, el soldado de las palanquillas por una subida excesiva ¡de temperatura en los paros, así como una subida rápida en las nuevas puestas en marcha, exigen un
en caso de falta o exceso de presión de aire o de gas, en caso de sobrepasar las temperaturas límites.
combustible fácil de regular y potente, lo que el gas natural ha
El recuperador está protegido, en caso de sobrecalentamiento, por la admisión automática de aire suplementario de enfria miento a la entrada del recuperador. Una circulación de agua enfría la viga que soporta la curva de la bóveda entre las dos zonas, y enfría también los seis tubos de empuje de la entrada de la carga al horno: el caudal de agua es de unos 40-50 m3/h.
B) Horno de empuje, tratando 10 t/h, de palanquillas de 85 X 85, cortadas por oxicorte a una longitud máxima de 2,50 metros para laminación de redondos de 10 mm a 33 mm de
Los datos de explotación son los siguientes: Combustible: gas natural. Presión del gas en los quemadores: 250 mm c. a. Temperatura del horno: 1 240° C Capacidad máxima de producción: 100 t/h Caudal térmico máximo de los equipos de calentamiento: 50 400 termias/h
Caudal térmico medio: 23 500 termias/h Caudal máximo dc aire caliente: 48 500 m3/h
permitido alcanzar y mantener.
diámetro.
Características del horno:
Horno de bóveda suspendida de 20 m de largo y 4,8 m de ancho, permitiendo el tratamiento de palanquillas de 2,50 m de largo. La carga se efectúa por un dispositivo de empuje de 15 t, ac tuando sobre el conjunto de palanquillas y desplazándolas una distancia correspondiente al ancho de una de ellas, después de haber descargado por la parte delantera del horno una pieza mediante un empujador lateral que la hace deslizar paralela mente a la pieza contigua, sobre una rampa, y a través de una abertura situada frente al empujador lateral.
El calentamiento se efectúa mediante 4 quemadores colocados
en posición frontal del lado de descarga del horno de una poten
Tiempo de elevación de temperatura (horno frío): 72 h
cia unitaria de 1 000 termias/h. Dichos quemadores están alimen
Modo de utilización: dos turnos de 8 h
tados con gas natural a una presión de 80 mm c. a., reducida en un regulador de presión, a partir de la red de distribución, tra bajando a 3 000 mm c. a. Los productos de combustión ligera
Tiempo de calentamiento de las palanquillas: 1 a 2 h, según los perfiles fabricados. Consumo específico para el conjunto de fabricaciones: 440 termias (PCI)/t Potencia eléctrica instalada: 20 000 kW Potencia media consumida: 12 000 kW
Alimentando el horno los trenes de laminación (trabajando automáticamente a gran velocidad) es necesario un gran sincro nismo entre ambos elementos. Es igualmente necesario que la calidad del calentamiento y las temperaturas en el acero, de una palanquilla a otra, sean constantes. Es necesario evitar la pérdida
mente oxidantes (5 a 15 % de exceso de aire) recorren el horno
a contra corriente de la carga. No hay recuperador de calor so bre los humos. El encendido de los quemadores es manual. La regulación automática tiene por objeto asegurar los valores de consigna del orden siguiente: •
temperatura del horno, pudiendo estar comprendida entre 1 100 y 1 300° C;
•
presión del horno igual a 8 Pa ± 1 Pa; para conseguirlo, la regulación actúa sobre:
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Vía de rodadura.
Solera móvil. Puesta del horno.
Pórtico de elevación de la puerta. Bóveda suspendida. Conos de combustión de los quemadores. Canales de evacuación de los humos. Recuperador de calor.
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Fig. 90.— Horno de solera móvil para calentamiento de lingotes de 200 toneladas.
226
GAS NATURAL
Los apoyos de las paredes, situados a un lado y otro de la solera móvil, están hechos de elemento refractario y comprenden dos series de seis canales de evacuación de humos repartidos a todo lo largo del horno.
Dos colectores laterales blindados y calorifugados interior mente conducen los humos a la base del recuperador, situado muy próximo a la parte posterior del horno.
La bóveda es del tipo suspendida, para la cual se emplearon refractarios poco densos y en capas delgadas. Está recubierta de una capa aislante limitando las pérdidas de calor. Una panta lla, colocada encima, protege a la bóveda de la radiación de la puerta cuando ésta permanece abierta.
La solera está concebida para soportar las pesadas cargas pre vistas. El principio de la construcción del carro recuerda el de
los vagones que soportan cargas pesadas o el de los pórticos de grúa de los puertos: está apoyado sobre cuatro grupos de dos ruedas de gran diámetro, con objeto de asegurar un buen reparto de los esfuerzos, evitando así las incalculables sobrecargas lo cales que se producen en las ruedas cuando se reparten unifor memente a lo largo de la solera montadas de manera rígida sobre ésta. El carro lleva una serie dc cuadros metálicos que no le
APLICACIONES INDUSTRIALES
227
La temperatura de la carga está controlada por un registrador potenciómetro conectado a seis tomas fijas situadas alrededor del horno (más dos utilizadas para el recuperador de calor sobre los humos).
Para el calentamiento de los lingotes, se limita la temperatura máxima del horno y permanece constante durante la igualación.
La regulación es del tipo clásico de acción proporcional e in tegral, recibiendo los impulsos de dos cañas pirométricas colo
cadas a través de la bóveda. Dichos reguladores reducen progre sivamente el caudal de los dos fluidos, gas y aire, proporcional mente. La relación aire-gas se mantiene constante a todos los
regímenes gracias a dos válvulas motorizadas, acopladas, que en función de las impulsiones recibidas del regulador de tempera tura, actúan simultáneamente sobre el caudal de combustible y sobre el caudal de aire.
La regulación de la presión es indispensable para asegurar una buena igualación de la temperatura: una ligera sobrepresión a la altura de la solera se mantiene gracias a un regulador que actúa sobre el registro de tiro de la chimenea. La potencia térmica instalada es de 8 000 termias/h, corres
son solidarios y que pueden dilatarse individualmente sin reac
pondiente a un caudal de gas natural de Lacq de unos 900 Nm3/h.
ción sobre aquél. Dichos cuadros están recubiertos, en su parte
Dos lingotes, uno de 90 t y otro de 110 t calentados en dicho horno, dieron los siguientes resultados de explotación:
superior, de una chapa gruesa que recibe la obra de revestimien
to refractario de la solera. La capa superior de la misma está
Lingote de 90 t:
formada por ladrillos resistentes a las cargas. Todo el perímetro de la solera está formado por hormigón refractario. El calenta
miento del horno se efectúa por 26 quemadores de gas del tipo de combustión a gran velocidad (quemadores «jet») con aire
• Temperatura de entrada (en la superficie): 560° C en la parte superior. 450° C en el piso (solera)
caliente (350° C) y gas a presión. Están colocados en cada lado
•
Subida a 1 255° C (temperatura superficial): 2 h
del horno agrupados en dos hileras:
•
Mantenimiento a 1 255° C: 15 h
•
Lingote de 110 t:
una superior, próxima a la bóveda,
• una inferior, sensiblemente al nivel de la solera. La gran velo cidad de ejecución de los productos dc la combustión ase gura una excelente circulación interna, favorable a una buena
homogeneidad de la temperatura de la carga.
• Temperatura de entrada (en la superficie): 500° C en la parte superior. 420° C en el piso (solera) •
Subida en temperatura en dos fasesSubida a 1 050° C:
1 h
En los gráficos de las figuras 91 y 92, la curva 1 señala la tem
Subida a 1 255° C: 1 h Mantenimiento a 1 255° C: 18 h
Mantenimiento a 105° C: 3 h
GAS NATURAL
Hornos de tratamientos térmicos
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de horno. No sólo permite obtener y mantener una regulación
tura máxima, con pocos grados de diferencia, en un determinado momento de la operación, sino más bien de respetar una cierta curva de temperatura en función del tiempo, en un ciclo opera tivo, que podrá durar varias horas o varios días. La docilidad del gas natural lo convierte en combustible particularmente apto para adaptarse a las exigencias del ciclo operatorio de este tipo
No se trata solamente de alcanzar y mantener una tempera
1) Precisión de la temperatura
guirse, en particular, en dos campos:
exigencias van creciendo a medida que los imperativos de calidad son más rigurosos y las tolerancias de fabricación más estrechas. Esta precisión, que supone respetar reglas estrictas, debe conse
La característica esencial de ese ciclo es la precisión, cuyas
sucesivas de calentamiento y enfriamiento.
que comportan un ciclo más o menos largo y complejo de fases
Bajo esta denominación se agrupan una serie de operaciones
5.2.5.
Pérdidas a 1 250° C (en bóveda): 150 Nm3/h
Calentamiento lingote de 90 t: 4 900 m3 Calentamiento lingote de 110 t: 6 500 m3
las mismas características para el lingote de 110 t. Los consumos de gas fueron los siguientes:
caudal de gas natural para el lingote de 90 t. Las curvas 3 y 4 dan
peratura de la caña pirométrica del horno y la curva 2 la del
228
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Fig. 92. — Calentamiento de 110 t.
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Fig. 91.—Calentamiento de un lingote de 90 t.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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GAS NATURAL
2) Precisión de la atmósfera
En toda operación de tratamiento térmico pueden producirse, paralelamente a las acciones físicas perseguidas, reacciones de naturaleza química, a veces perjudiciales, y a veces útiles, que es necesario poder controlar. Se trata, corrientemente, de la ac
ción de los productos de la combustión sobre las piezas en trata miento. La pureza del gas natural, especialmente la ausencia de
azufre, constituye un factor importante que permite eliminar gran parte de las reacciones parásitas y perjudiciales. La supre sión de la acción agresiva de los productos sulfurosos puede, en ciertos casos, imponer la utilización del gas natural para trata mientos que sería difícil o imposible realizar correctamente con
otros combustibles. Por otra parte, la composición constante del gas permite un ajuste preciso de la combustión, que puede ser
mantenido o modificado a lo largo del ciclo, de forma que las posibles reacciones de los productos de la combustión sean re gulables con precisión.
En el caso en que, sin embargo, sea necesario proteger los productos tratados de toda reacción, o de provocar reacciones positivas de la atmósfera, el gas aporta una solución particular mente elegante, bien sea por calentamiento de los hornos a tra
vés de tubos radiantes, bien sea por la producción de atmósferas neutras de protección o atmósferas activas de tratamiento. Esta
contribución es tanto más apreciable debido a las exigencias cre cientes de calidad, puesto que un gran número de tratamientos deben hacerse bajo atmósfera controlada.
Teniendo en cuenta estas consideraciones, se pueden agrupar los hornos de tratamiento térmico en dos grupos: •
Hornos de atmósfera normal
•
Hornos de atmósfera con!rolada
Los primeros se utilizan siempre que la acción de los produc tos de la combustión sobre las piezas a tratar pueda considerarse
despreciable o tolerable. El gas natural permite, mejor que cual
quier otro combustible, mantener en cl curso de la operación térmica la calidad de atmósfera que más se adnpi. a |os pro ductos tratados v a l-.s lines p'-rsecuidns.
APLICACIONES INDUSTRIALES
231
Los segundos son utilizados cada vez que las acciones de los productos de combustión: oxidación, decarburación, etc., sean incompatibles con las calidades de los productos a tratar. En tales hornos, los recintos para el tratamiento deben estar sepa
rados de los recintos para la combustión, realizándose el inter cambio de calor entre ellos por conducción y radiación a través
de las paredes que los separan. Dichas paredes pueden ser las de muflas, en los casos en que el recinto de tratamiento esté en el interior del de combustión, o de tubos radiantes, en el caso
inverso, en que el recinto de combustión esté en el interior del de tratamiento.
En ambos casos, el gas natural permite una regulación de los
quemadores muy próxima al estequiométrico y, por lo tanto, de rendimiento térmico óptimo. Además, los dispositivos de recu peración de calores perdidos podrán ser utilizados en las mejores condiciones, gracias a la limpieza y pureza del gas natural, para alcanzar el mejor balance térmico del conjunto.
En el aspecto tecnológico no hay diferencias fundamentales entre los distintos tipos de hornos utilizados para los trata mientos térmicos —con gas natural—, que podrán ser, según los casos, de atmósfera normal o de atmósfera controlada, sin que deban modificarse sensiblemente sus disposiciones generales. Con respecto a otros combustibles, estos últimos vienen, en efecto, determinados esencialmente por las dimensiones y peso de los productos a tratar, la capacidad de tratamiento y los dispositivos de alimentación y circulación, etc.
Vamos a hacer una breve descripción de los.distintos tipos de hornos y su adaptación al gas natural. Hornos de solera fija o móvil Estos hornos tienen un recinto o laboratorio de caldeo fijo,
dc formas adaptadas a las dimensiones, forma y naturaleza de las piezas, las cuales permanecen en posición fija durante toda la duración del calentamiento.
La solera del horno puede ser lija, introduciendo sobre la mis ma las piezas a tratar, o móvil, a fin de facilitar las operaciones de carga y descarga fuera del horno.
lo que es preferible, quemadores de alimentación separada, que permiten obtener más fácilmente una llama larga, asegu rando una mejor reparación de temperaturas a lo largo del tubo. Existen tubos radiantes con recuperación.
bien el empleo de tubos radiantes para el caldeo. Esta última solución específica de los combustibles gaseosos permite, dis poniendo juiciosamente los tubos en el laboratorio, obtener extraordinaria homogeneidad de calentamiento. Los quema dores que equipan los tubos son quemadores de inducción o,
exige, bien la interposición de una mufla aislando la carga,
En el segundo caso, el calentamiento en atmósfera controlada
pleo de uno u otro de dichos combustibles.
homogeneidad del caldco de la manera más perfecta posible. La múltiple división de los puntos de calentamiento posibles con el gas, presenta a este respecto numerosas ventajas. Se pueden utilizar quemadores de todos los tipos: a inducción con fluido motor aire o gas, o a alimentación separada del aire y del gas. A veces, estos hornos están equipados con quemadores mixtos gas natural-fuel oil, permitiendo el em
En el primer caso, los quemadores están repartidos alrededor del laboratorio a uno o varios niveles, a fin de regularizar la
base, obteniéndose así una utilización casi continua del equipo.
carga. El horno o campana pasa sucesivamente de una a otra
base está en enfriamiento, otra en calentamiento y la otra en
asegurar una utilización metódica del conjunto: por ejemplo, una
Una campana sirve generalmente para varias bases, a fin de
iniciarse el proceso de calentamiento.
mado por una campana que puede desplazarse por puente-grúa y colocarse encima de la carga, la cual queda así cubierta para
la carga, sino por desplazamiento del horno: este se halla for
embargo, su introducción se efectúa, no por desplazamiento de
respecto al horno durante toda la duración del tratamiento. Sin
Como en los hornos de solera lija, la carga permanece fija
Hornos de campana
•
•
GAS NATURAL
El calentamiento puede hacerse en atmósfera normal o con
trolada.
232
APLICACIONES INDUSTRIALES
233
9
Una zona de calentamiento.
culan en contracorriente.
• Una zona de prccalcntamiento progresivo, por recuperación del calor perdido de los productos dc la combustión que cir
prender:
El ciclo de temperaturas está impuesto por la naturaleza del tratamiento, y el horno, para ajustarse al mismo, puede com
según el tratamiento.
Las piezas a tratar recorren la galería, entrando frías por una extremidad y saliendo por la otra a una temperatura variable,
la bóveda.
longitud o parte de ella los elementos calefactores, es decir, los quemadores. Estos están colocados en las paredes laterales o en
veces en forma de U), en la que están dispuestos sobre toda su
formado por una galería fija de forma rectilínea o circular (a
hornos túnel se caracterizan por el desplazamiento de la carga con relación al dispositivo de calentamiento. Este último está
Existe una gran diversidad en esta categoría de hornos. Los
Hornos continuos o túnel
ducen en la campana fija.
es el horno con elevador, en el cual las bases móviles se intro
rriente de ese tipo de horno es el recocido de chapas en placas o en bobinas y el recocido de alambre en bobinas. Una variante
grama predeterminado de calentamiento. La aplicación más co
corrientes son los de alimentación separada de aire y gas. Es muy fácil, con el gas natural, asegurar automáticamente un pro
Los quemadores pueden ser de diversos tipos, pero los más
el horno mediante tubos flexibles, para su funcionamiento.
de alimentación en aire y gas, sobre las cuales es fácil de conectar
yligereza del equipo de quemadores. Cada base dispone dc tomas
Como puede comprenderse, el gas se adapta especialmente bien a ese tipo de horno, debido principalmente a la sencillez
es frecuente la utilización de tubos radiantes.
Estos hornos pueden ser de calentamiento directo (atmósfera normal) o indirecto (atmósfera controlada). En este último caso,
1
1
234
•
Una zona de igualación.
•
Una zona de enfriamiento.
Un horno de revenido. Constructor horno: «Incandescent».
Los hornos continuos o túnel pueden ser dc caldeo directo o
indirecto: en este último caso el empleo de tubos radiantes es la solución más interesante. Corrientemente, estos hornos están equipados con recuperadores para el precalenlamicnto del aire dc combustión.
A) Instalación de tratamientos térmicos de piezas de forja en las factorías de Simca, constituidos por 2 líneas de temple y revenido y 2 líneas de normalización y recocido isotérmico. Cada línea de temple y revenido comprende: Un horno de temple. Constructor: Horno «Incandcscent». Longitud útil
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Ancho útil
•
Ancho entre pies derechos
• •
Temperatura máxima Capacidad de tratamiento
• Caudal máximo de cada quemador • Longitud útil •
5,1 Nm3 9 160 mm 1 580 mm
Ancho útil
1 800 mm
• Ancho entre pies derechos • Temperatura máxima
700 °C
El horno está igualmente dividido en tres zonas: zona de precalentamiento, zona de calentamiento yzona de mantenimien
Ejemplos:
•
235
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
5 520 nim 915 mm 1 280 mm 900 °C
1 t/h
El horno está dividido en tres zonas: Zona de precalentamiento, zona de calentamiento y zona dc mantenimiento. Cada
una de las zonas está equipada con 12 quemadores del tipo de aire insuflado: caudal máximo de cada quemador: 3 m3/h gas y 29 m3/h aire; presión del gas en los tubos dc alimentación de cada 1/2 zona: 200 mm c.a.; presión de aire: 350 mm c.a.
El tanque de temple al agua contiene 14 000 1. Dicha agua se renueva en circuito cerrado por medio dc una bomba capaz para un caudal máximo de 150 m3/h y de una altura manométrica
de 20 m de columna de agua, asegurando la agitación necesaria para conseguir un temple conveniente. El agua se enfría pasando a través de un refrigerador tubular a razón de 150 m'/h.
La instalación comprende también un tanque de temple al aceite, de características idénticas al tanque de temple al agua, pero lleva, además, dos agitadores en la cuba.
to. Cada una de esas zonas está equipada con seis quemadores
de aire insuflado y de aire de dilución periférico. Dadas las
bajas temperaturas de funcionamiento del horno, el aire de dilu ción previsto sobre cada quemador tiene por objeto uniformizar la temperatura en todo el laboratorio del horno, favorecido por seis ventiladores de circulación colocados en la bóveda.
La regulación dc la temperatura de cada horno está repartida por zonas y es completamente automática. Registradores-regula
dores proporcionales de una o varias direcciones o de acción
proporcional integrada y derivada, mantienen constantes las temperaturas deseadas, salvo en el caso del horno de revenido, donde el sistema de regulación está asegurado por un registra
dor-regulador de tres direcciones y de tres posiciones: todo, medio o poco.
Cada línea de recocido isotérmico comprende:
Un homo de austenización, de empuje de bandejas. Cons tructor: «Stein et Roubaix».
Longitud
9 080 mm
•
Ancho
1 280 mm
9
Temperatura máxima
9
Producción Consumo térmico
900 °C
1 000 kg/h 550 000 kcal/h
En la primera parte del horno, que corresponde a la elevación de temperatura, los quemadores están colocados en las paredes laterales, junto a la bóveda y debajo dc la solera refractaria, en cámaras delimitadas por los muretes dc soporte de la solera. Los productos de combustión procedentes de los quemadores ín-
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
feriores se envían al laboratorio a través de aberturas practi cadas en la solera sobre el lado opuesto de los quemadores! To dos los quemadores de esta primera parte del horno constituyen dos zonas de calentamiento independientes, controladas separa damente por los dispositivos de regulación de temperatura. En la parte correspondiente al mantenimiento, todos los quemado res están, igualmente, repartidos en dos zonas independientes, pero colocados bajo la solera. Las dos zonas del horno están
separadas hasta cerca dc la bóveda por un múrete, con objeto de disminuir los intercambios dc calor entre ellas.
A la salida del horno de austenización una deshornadora se
introduce, bandeja por bandeja, en la cámara de enfriamiento. Horno de mantenimiento dc empuje de bandejas. Construc tor: «Stein et Roubaix».
•
Longitud
•
Ancho
•
Temperatura de trabajo
•
Consumo térmico
237
El enfriamiento de las piezas se efectúa en una célula o cáma
ra metálica, en la cual un ventilador envía al interior aire fresco
aspirado de la nave. Unas persianas regulables permiten variar la intensidad de enfriamiento en función del tonelaje tratado.
La regulación de temperaturas del horno de austenización se efectúa mediante un pirómetro de cuatro direcciones actuando sobre los conductos de alimentación de aire en cada una de las cuatro zonas del horno. La acción es progresiva. La temperatura
se registra por medio de un pirómetro de cinco direcciones, co rrespondiendo cuatro a las cuatro zonas, sirviendo la quinta para registrar la temperatura de la célula de enfriamiento. La regulación de temperaturas del horno de mantenimiento, que comprende seis zonas, se realiza por medio de un pirómetro de seis direcciones, que actúa sobre unas válvulas motorizadas montadas sobre las conducciones de aire y de gas de cada zona.
14 600 mm 1 650 mm 700 °C
130 000 termias/h
La regulación es del tipo «todo o nada», pero a caudal nulo los pilotos de los quemadores permanecen encendidos. La tempera tura se registra por otro pirómetro de seis direcciones.
Como aplicación del gas natural en hornos de tratamientos El horno está acoplado a la cámara de enfriamiento ante
rior de forma que la carga del mismo está obturada por la puer ta dc salida de la cámara precedente. El deshornado se efectúa por una puerta dc guillotina maniobrada por un pistón oleohidráulico.
El calentamiento se efectúa por 24 quemadores de baja pre sión a turbulencia, desembocando en tubos semirradiantes en aleación refractaria.
Los quemadores están colocados en las dos paredes laterales
térmicos podemos citar que la Empresa Seat, de Barcelona, convirtió a gas natural todos sus hornos que funcionaban hasta entonces con propano.
B) En una de las factorías de SKF donde se fabrican en línea los anillos o aros de los cojinetes, los hornos de tratamiento tér
mico del proceso de fabricación, funcionan con gas natural. Dos son los tratamientos a que se someten los aros en su pro ceso de fabricación:
debajo del lecho de deslizamiento y entre los muretes que sirven de apoyo al mismo. Se prolongan a través del laboratorio por los
• Después de su forjado en caliente, los aros desbastados se
tubos semirradiantes que proyectan los productos de combus tión en cl horno, en las proximidades de la pared opuesta. El
• Después de torneados, los aros se someten a un calentamiento
calentamiento se reparte en seis zonas. La bóveda lleva seis ven tiladores de circulación, uno por cada zona. La circulación de los productos dc combustión facilita cl intercambio calorífico
con los productos tratados y permite la homogeneización de la temperatura en cada una de las zonas del horno.
someten a un recocido antes de su mecanización.
y temple en aceite.
dátil
ALIMENTACIÓN DE FLUIDOS l*Ü
Elemento
Control
Registro de
Eñcacia
Medio
Periodicidad
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Visual o análisis Según atmósfe- Mala combustión Limpieza del órgano de obtude humos o cau- ra ambiente dalímetro
aire
Libre funciona miento
Visual
3 meses
o ausencia de llama
ración (mariposa, persiana, etc.)
(gg
opérculo,
Mala combustión Limpieza-desblocado de los rePuesto en seguri- aistros dad
Conexión órgano
Visual
1 año
Surpresor de
Reparación de la conexión
dad
Manómetro
Estanquidac
Mala combustión Puesto en seguri
de mando-obtura dor
6 meses
Fuga de gas
Localización de la fuga y re-
Caudal insuficiente paración
gas
Obstrucción del filtro
Visual
1 año
Manómetro Caudalímetro
1 año
palas y rotores
Velocidad de rotación
Cuenta velocidades
1 año
Estado de las
Disminución de
Limpieza o sustitución
presión
Manómetro Caudalímetro
Disminución de presión
(ap1
Limpieza en caso de obstrucción Sustitución si es necesaria
Disminución de
Comprobar la tensión de las
presión
concas
Comprobar la conexión eléc
m
trica
Comprobar el estado de los rodamientos
Caudalímetro
Presión diferencial
Manómetro
orificio órgano deprimógeno
Según pureza
Obstrucción
Limpieza
del fluido
jsg
IMi
QUEMADORES Y ELEMENTOS DE CALDEO Y SUS ACCESORIOS Elemento Quemador
Control
Aspecto de la
Medio
Visual
llama
Periodicidad 1 día
Anomalía eventual Operación de mantenimiento Desprendimiento
Puesta en estado del sistema
de la llama, ines- de mantenimiento de la llama tabilidad, propa- (llama piloto, cono de comgación al interior, bustión refractario, boca del ruido, calor quemador, etc.)
Calidad de la combustión
Visual
Analizador Caudalímetro
Según utilizacion
Pérdida de rendí- Regulación de la combustión miento, sobreca- por ajuste de los caudales de lentamiento. aire y de gas Emisión de hollín
o inquemados
Piloto o quemador testigo
Aspecto de la llama
Visual
1 día
de premezcla
Desprendimiento Regulación de la combustión de la llama, llama por ajuste de los caudales de demasiado larga, aire y de gas. llama amarilla, etc.
Tubo radiante
Estanquidad
en presión
Indirecto, por
constatación de
Según tempera- Defecto sobre los Cambio de tubo tura de utiliza- productos calenta-
anomalías en los ción productos
dos o tratados,
Limpieza interior
Visual
Según utilización
Pérdida de poten- Limpieza cia Regulación del quemador
Estanquidad
Caudalímetro
Según tempera- Pérdida de gas de Cambio de tubo
(til
Tubo radiante
en depresión
Manómetro
tura de utiliza- atmósfera,
ción
Depresión en el horno
Limpieza interior
Visual
Según utilización
Pérdida de poten- Limpieza cia Regulación del quemador
ji&É
^D
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
238
239
Elcalentamiento antes del temple se efectúa en unhomo¡Para
Recocido de aros forjados
Después de forjados en caliente (1 160 °C), los aros desbasta dos se someten a un recocido en hornos de las características si guientes:
Tipo de horno: Horno de empuje con bandejas (22 bandejas por línea: 2 líneas de bandejas). Dimensiones: Longitud 38 7
Altura
3,6 m
res, con las siguientes características: Para aros de pequeño diámetro: horno de cinta transportadora Tipo de horno Producción Calentamiento Potencia térmica
m
Ancho
aros de pequeño diámetro y en otro para los diámetros mayo
m
Carga unitaria por bandeja: 190 kg Cadencia de carga: 1 bandeja cada 7,30", o sea 8 bandejas por
300 kg/h
Regulación
23 tubos radiantes alimentados con gas 246 termias (30 m3 de gas natural) 3 zonas de regulación «todo o poco»
Gas de protección
1 zona de mantenimiento atmósfera endotérmica
2 zonas de subida de temperatura
hora
Para aros de diámetros mayores:
Producción: 1 500 kg/h
Tipo de horno
Calentamiento: Por tubos radiantes en depresión
Producción
Potencia térmica: 2 300 termias/h (280 m3/h, de gas natural) N.° de tubos radiantes: Horno de alta temperatura: 32 que madores
Horno de baja temperatura: 13 que
Potencia térmica
Regulación Gas de protección
23 tubos radiantes alimentados con gas
370 termias/h (45 m3 de gas natural) 3 zonas de regulación «todo o poco» atmósfera exotérmica (98 % N2)
El gas de protección se produce a partir del gas natural en tres generadores de atmósfera controlada, necesarios para el consumo
madores
Regulación: por «todo o poco» regresiva
Control de temperatura: Horno de alta temperatura: en 6 zonas
Horno de baja
Calentamiento
horno de rodillos 350 kg/h
temperatura: en 6
zonas
Gas de protección: Horno de alta temperatura: atmósfera en dotérmica (40 % N2, 40 % H2, 20 % CO)
Horno de baja temperatura: atmósfera
de los cuatro hornos de tratamiento.
• Dos quemadores idénticos de una capacidad de producción,
cada uno, de 90 m3/h de gas de atmósfera endotérmica (40 Jo
N2, 40 %H2, 20 %CO), cuyo consumo de gas para cada uno de ellos es de 35 m3/h.
• Un quemador de una capacidad de producción de 120 m3/h de gas de atmósfera exotérmica (98 % N2), siendo su consumo de gas natural de 20 ms/h.
exotérmica (98 °/o N2)
Calentamiento antes del temple
5.2.6.
Después de su mecanizado, los aros se someten a un templa do al aceite seguido de un revenido a 180 °C por calentamiento
eléctrico. El conjunto de estos tratamientos forma una línea:^ continua.
•> ...
Atmósferas controladas
Al tratar de los hornos de tratamientos térmicos, hemos dis
tinguido entre hornos de atmósfera normal y hornos de atmós
fera controlada. Hemos señalado que gran parte de los trata-
r^U
240
—^j
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
mientos térmicos son muy delicados y exigen muchas precau
susceptibles de provocar acciones oxidantes (1,2,3), decarburantes
ciones, por lo que es necesario evitar el contacto de la acción
directa de las llamas de los productos de combustión, despren
didos en los quemadores, de las piezas a tratar, para evitar las posibles acciones termoquímicas. Hemos visto que, en estos
(4,5) o carburantes (6).
La dirección de esas reacciones está determinada por las re laciones de las presiones parciales:
casos, el calentamiento se efectúa a través de mullas o de tubos
radiantes. Pero, además, se exige otra condición: que las piezas
a tratarestén en una atmósfera apropiada a su composición y a la naturaleza de los tratamientos solicitados (incluso un horno de
calentamiento eléctrico). Por ello debe disponerse de un quema dor de atmósfera controlada, en el que la composición del gas de protección, perfectamente definida para cada aplicación, sea absolutamente constante.
Siendo el gas de protección fabricado a partir de una combus tión, es fácil deducir la importancia de que el combustible de base tenga características precisas e invariables. Por estas razo
nes, el gas natural es apreciado para la alimentación de quema dores dc atmósferas controladas. Estas, según la naturaleza de
las acciones, serán: atmósferas neutras de protección (para evi tar la oxidación o dcscarburación) o atmósferas activas (para la
carburación o carbónitruración).
Las atmósferas de combustión contienen siempre, totalmente
H2
CO
CH4
H20
C02
H2
El objetivo de la preparación de atmósferas controladas es mantener, alrededor de las piezas, atmósferas en las cuales se habrán eliminado los elementos nocivos, o se realizarán entre los diferentes constituyentes un equilibrio tal que las reacciones no pueden producirse más que en el sentido deseado.
Partiendo del gas natural, pueden prepararse los tres princi pales tipos de atmósferas neutras o activas, por combustión par cial con o sin catalizador, seguido de la eliminación de C02 y H20. 1)
Gas quemado parcialmente
Por combustión con falta de aire del gas natural, seguido de condensación, se obtienen las atmósferas exotérmicas siguientes, cuya composición puede oscilar entre los límites señalados:
o en parte, los gases siguientes:
CO
8
N2-C02-H20-CO-H2-02
H2 C02
excepcionalmente, CH4
CH«
Entre esos gases y los aceros pueden producirse las reaccio
H20
nes reversibles siguientes, según la temperatura y la presión par
cial dc los distintos constituyentes:
2 Fe + 02 í=± 2 FeO -> Fe,0, Fe | H>03 Fe 3 Fe | 2C0<=¡Fc«C
-l- CO + 2 CO + CIM + CO,
241
a
12%
8
a
16%
4
a
6%
0,5 0,8
N2 68
a
1 %
a
3%
a 73 %
Estas atmósferas, de preparación sencilla y barata, son sen FcíO,
(0 (2) (3) (4) (5) (6)
Excepto el N, todos los demás gases contenidos en los pro ductos de combustión reaccionan con cl acero, sobre el que son
siblemente neutras; los valores de las relaciones
v C02
son H20
superiores a los valores límites dc las constantes de equilibrio a las temperaturas corrientes dc los tratamientos. Presentan el
inconveniente de ser combustibles, lo que obliga a tomar ciertas precauciones, especialmente para su introducción en los hornos y para la purga de éstos.
r~i
^ti
n
242
2)
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
Atmósferas ricas en nitrógeno
Ejemplos:
Por combustión casi completa del gas natural, seguida de eliminación de H20 por condensación y absorción, y de C02 por bases orgánicas líquidas, se pueden obtener atmósferas cuya com posición se sitúe entre los límites siguientes: CO H2 H20
0,5 a 0,5 a 0,02 a
N2 99
243
A)
Recocido de fundición maleable ferrítica y perlítica en
atmósfera neutra.
En una nueva planta de una sociedad filial de la Renault se trataba de instalar 7 nuevos hornos de recocido: 2 para el re
5% 5% 0,002 %
cocido de la fundición ferrítica; 2 para tratamiento de aceros y
3 para el recocido de la fundición perlítica.
a 90 %
Estas atmósferas, neutras e incombustibles, se utilizan prin cipalmente para el recocido brillante y el recocido sin decarbura ción. Pueden igualmente utilizarse como gas de soporte para la preparación de atmósferas activas, especialmente de cementa ción, añadiéndole un hidrocarburo, metano o propano.
Para que las piezas respondieran a imperativos de normas muy estrictas, era imprescindible tratarlas siguiendo condiciones de temperatura bien programadas y en atmósferas perfectamente definidas. Fue necesario pues, instalar unos hornos: — disponiendo equipos de calentamiento modulado, precisos y convenientemente dispuestos para seguir las curvas de temperatura;
3)
Atmósferas endotérmicas
Se obtienen partiendo de una mezcla aire-gas demasiado rica en gas para ser combustible, que se hace pasar por un catalizador en un horno de calentamiento externo; los gases del mismo se someten a un enfriamiento, seguido dc una absorción sobre bases
débiles o carbón activo, con objeto de eliminar toda traza de vapor de agua. La composición de la atmósfera obtenida se sitúa entre los
límites siguientes: 0 a
2 %
H2 40 a 45 % CH4
0 a
Si la concepción general de los hornos dependía de la opera ción térmica a realizar (hornos de recocer calentados por tubos radiantes con atmósfera controlada), el estudio de su realización
dependía grandemente del combustible empleado. Para escoger éste convenía, en lo posible, conciliar los imperativos técnicos con las consideraciones económicas.
La elasticidad de marcha, la facilidad de conducción y la pre cisión de la regulación son, sin duda alguna, ventajas en favor del calentamiento eléctrico. En contrapartida, su coste de explo tación es extremadamente alto. Además, el empleo de la electri cidad permitía la instalación de quemadores de atmósfera con
CO 17 a 20 %
C02
— capaces de mantener las piezas a tratar en un ambiente absolutamente de acuerdo con las prescripciones.
1 %
N2 43 a 34 %
trolada. CO
u2
CO»
1120
Los valores de las relaciones
son tales que las
reacciones reversibles anteriores (2) (3) (4) (5) se realizan de de
recha a izquierda; las atmósferas son, pues, desoxidantes y car
Las condiciones de precio eran favorables a ciertos combusti bles líquidos. No obstante, éstos no permitían prestarse a todas las condiciones técnicas ni resolver todos los problemas.
burantes. Se refuerzan estas acciones por adición dc hidrocarbu ros, metano y propano, para la cementación gaseosa o por la re
Por el contrario, los combustibles gaseosos, aunque menos ventajosos desde el punto de vista económico que los combusti
generación de superficies descarburadas, por adición de NH<, para
bles líquidos, presentan el interés de ser mucho menos onerosos que la electricidad y al mismo tiempo se prestan bien a las mis-
la carbonitruración.
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1
APLICACIONES INDUSTRIALES
Gi4S NATURAL
244
mas técnicas de utilización, adaptándose prácticamente a todas las aplicaciones.
Solamente después de un estudio profundo se escogió el gas natural, del que se podía disponer en buenas condiciones de su ministro, para calentar los hornos de tratamiento, así como para la fabricación de gases de atmósfera. Las características de esos hornos son las siguientes:
Horno de recocido de fundición férrica
Producción: 500 kg/h Cliclo de tratamiento:
Horno alta temperatura. Subida y mantenimiento a 950°C durante 18 h 20 min
Horno baja temperatura. Enfriamiento de 950 °C a 750 °C du rante 1 h 40 min
Enfriamiento lento de 750 °C a 700 °C , durante 20 h
Dimensiones de las bandejas soporte de las piezas: 0,8 X 0,8 m, altura 0,4 m
Carga de piezas por bandeja: 420 kg
Cadencia de carga: 2 bandejas cada 50 min (colocadas una al lado de otra)
Longitud útil de los hornos: Alta temperatura 18 m Baja temperatura 21,75 m
"1
245
Potencia térmica instalada:
Horno alta temperatura Horno baja temperatura
1600 ter/h 880 ter/h
O sea, aprox. 300 m3/h de gas natural . . .
2480 ter/h
Horno de recocido de fundición perlítica Producción: 600 kg/h
Ciclo dc tratamiento: Subida y mantenimiento a 970 °C du rante 19 h 48 min
Enfriamiento de 970 °C a 800 °C: 1 h 48 min
Enfriamiento rápido de las piezas a la salida del horno por colocación de éstas sobre un transportador vibratorio.
Dimensión de las bandejas: 0,8 X 0,8 m; altura 0,4 m
Carga de piezas por bandeja: 270 kg Cadencia de carga: 2 bandejas cada 54 min Longitud útil de horno: 19,5 m
Tipo de horno: Horno de empuje con bandejas (2 líneas de bandejas)
Calentamiento: Por tubos radiantes en depresión, alimenta dos con gas natural Atmósfera de protección: Nitrógeno
Tipo de hornos: Hornos de empuje con bandejas (2 líneas
Equipos de regulación: 40 quemadores y tubos radiantes en U.
de bandejas). Hornos superpuestos: horno de baja temperatura superpuesto al de alta temperatura.
Zona de enfriamiento ventilado antes dc la descarga (1 ventilador
Calentamiento: Calentamiento por tubos radiantes en depre sión, alimentados con gas natural. Atmósfera de protección: Nitrógeno.
Equipos y regulación por horno: 40 quemadores y tubos ra diantes en U; control de temperaturas en 8 zonas (horno alta temperatura); 22 quemadores y tubos radiantes en U; control de temperatura en 11 zonas. Uniformidad de temperatura obteni do por 11 ventiladores de circulación (horno baja temperatura).
Potencia térmica unitaria por tubo radiante: 40 termias/h
de circulación)
Potencia térmica unitaria por tubo radiante: 40 ter/h Potencia térmica instalada: 1 600 ter/h o sea, aprox, 200 m3/h de gas natural
Se disponen de tres quemadores de atmósfera neutra (N2) ca paces, cada uno de ellos, de producir 220 m3 de nitrógeno. B) Transformación a gas natural de 3 hornos de campana para recocido de chapas en bobinas, utilizando anteriormente
1
246
I
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
fuel-oil, y de 2 generadores exotérmicos de atmósfera controlada,
utilizando anteriormente propano (desprovisto de propileno). Los hornos de campana se equiparon con 12 quemadores con un consumo total de 1 800 termias/h. La conversión de fuel-oil
Los equipos que utilizaban el gas manufacturado eran los siguientes:
•
nos son de recocido blanco sin descarburación bajo atmósfera
primer horno se invirtieron cerca de 4 semanas, pero el tercero
controlada.
se pudo transformar en menos de 2 semanas.
recocidos de carburación completa (caso de chapas para esmal
tado directo), no presentaron ninguna dificultad, puesto que la constancia de composición del gas garantiza la constancia de
la composición de la atmósfera producida, lo que anteriormente sólo podía conseguirse con el propano desprovisto de propileno y no podía lograrse con el propano comercial.
La sustitución del fuel-oil por el gas en los hornos ha permi tido una mayor homogeneidad en el calentamiento de las cam
2 hornos túnel Nassheuer calentados por tubos radiantes (1
de 4 t/h, 1 de 2,5 t/h, pudiendo ser forzado a 4 t/h. Estos hor
a gas natural se hizo deteniendo uno a uno los hornos. Para el
Respecto a la transformación de los 2 generadores de atmós fera controlada, produciendo uno de ellos la atmósfera utilizada para recocidos normales y el otro una atmósfera destinada a los
247
•
Generadores de atmósferas Nassheuer para los hornos prece dentes, del tipo exotérmico.
•
1 horno de recocido de 3 t/h.
•
1 estufa de calentamiento directo por aire caliente para la cocción de resinas epóxidas.
•
1 rampa de calentamiento de tubos antes de su revestimien to con betunes.
•
2 hornos de calentamiento de extremidades de tubos.
La conversión de todos ellos se realizó con la intervención de los constructores de los hornos en servicio. La conversión no
panas, así como condiciones de trabajo más agradables, especial
presentó ningún problema técnico especial.
mente sensibles en este tipo de hornos, que necesitan el montaje y desmontaje de las alimentaciones de combustible. El gas permi
los inyectores de gas en los quemadores de los tubos radiantes,
tió, además, realizar una regulación de temperaturas modulante sin extinción de los quemadores. Se ha facilitado igualmente el encendido de los quemadores instalando pilotos permanentes. Aunque no tenemos datos exactos del balance de explotación, se
ha obtenido una disminución del coste de calentamiento gracias a la economía realizada en la conservación de las campanas de
La transformación de los hornos túnel consistió en cambiar
los asientos de las válvulas motorizadas y los caudalímetros de
gas y de aire. Además, se instalaron antorchas o pilotos nuevos oxi-gas y se añadió una chimenea para mejorar el tiro. Sobre los generadores se cambiaron los quemadores y los caudalímetros.
acero inoxidable, debido a que el gas natural ha producido una disminución notable de las deformaciones y corrosiones de las
No hubo dificultades en el horno de recocido.
Sobre la estufa, la necesidad de un buen encendido múltiple
mismas.
obligó a modificar la posición de los pilotos de encendido.
C) Conversión a gas natural dc todos los equipos térmicos de una factoría que produce de 16 a 18 000 t mensuales de tubos sin y con soldadura, y emplea a 2 550 personas. Una parte de los equipos estaba alimentada por gas manufac turado y el resto por fuel-oil ligero. Todos fueron convertidos a
Los equipos que utilizaban fuel-oil ligero eran los siguientes: •
Un horno de recocido Stein et Roubaix con calentamiento an
tes dc temple al aire y revenido de una capacidad de 16 t/h. •
Una caldera Poray de 360 termias/h para producir agua reca lentada para el calentamiento de los tanques de fosfatación.
•
Tres generadores de aire caliente.
gas natural.
1
248
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
• Una caldera de agua caliente para calefacción de los locales.
Características del horno:
• Tres cubas de combustión sumergida para máquinas de de
Longitud
: 4,70 m
Anche Alto
:
•
Modo de utilización
:
combustibles.
•
Capacidad por operación
Actualmente, la marcha normal del horno es con gas natural, pero el fuel-oil puede utilizarse, en casos de emergencia, sin des
•
Temperatura del aceite de templado
Esta transformación, que se efectuó durante las vacaciones del
®
Duración del tratamiento :
de vista de facilidad de explotación y reducción de los costes de conservación, sin perjudicar lo más mínimo ni la producción ni
•
Consumo medio
:
180 termias/h
•
Temperatura del aceite de templado
:
Atmósfera controlada
:
150 °C atmósfera
sengrasar Mabor.
El horno de recocer estaba provisto de 48 quemadores de fuel-oil ligero que podían recibir un equipo de combustión de gas, permitiendo el funcionamiento no simultáneo con ambos
montar ninguna pieza, por la simple maniobra de las válvulas.
personal, ha resultado particularmente beneficiosa bajo el punto
•
continuo para cementación y temple directo 200 a 300 kg de piezas, según for : ma y tamaño
:
920 °C
según espesor de concentración
carburante
endotér-
mica
D) Horno de calentamiento con atmósfera controlada y con Una importante factoría de fabricación dc vehículos indus
3,00 m 4,50 m
deseado
el balance de explotación. temple incorporado.
249
El horno (fig. 93) comprende tres partes: la cámara o esclusa, la cuba de temple y el horno propiamente dicho. La cámara,
triales, empleando 4.450 personas y produciendo camiones de
situada encima de la cuba de temple, está cerrada por una puer ta deslizante de mando neumático. Un quemador rampa situado
pone de un importante taller de tratamientos térmicos utilizan do gas como combustible, comprendiendo: • Dos hornos túnel para recocido de piezas en bruto.
delante de esta puerta se destina a quemar cualquier fuga del gas de atmósfera a su abertura o durante el tratamiento. La cá mara y el horno están provistos de transportadores de rodillos independientes pero adyacentes, accionados por dispositivos me cánicos de empuje accionados a su vez eléctricamente. La llegada del gas de atmósfera está situada en la parte alta y posterior del
105 a 225 CV para cargas de 19 t, y con remolque para 35 t, dis
• Un horno de calentamiento antes de temple.
• Un horno de empuje de calentamiento antes dc temple en baño de sales.
• Un horno de tubos radiantes para cementación v temple bajo atmósfera controlada.
° Una máquina de lavar calentada por tubos sumergidos, segui do de un túnel de secado de dos cámaras de combustión. ^
• Tres hornos especiales para cementación gaseosa, continuo con temple incorporado.
Por su originalidad describimos este último tipo de horno especialmente concebido para la finalidad deseada.
horno.
La cuba de temple, cuya capacidad es de 7 700 1 de aceite caliente, mantenido a 150 °C por resistencia eléctrica y homogencizado por cuatro agitadores helicoidales dc dos velocidades de rotación, comprende una cuba de recepción y de seguridad, con una capacidad de 10 000 I. En caso de incendio del aceite de tem ple, éste se trasiega a la cuba donde se enfría, mientras que la combustión se extingue a medida que se llena. El horno propiamente dicho, situado a continuación y sepa rado de los elementos anteriores por una puerta de guillotina de
1^
Campana y conducto
Mando de la puerta
de evacuación de la cortina de llamas
del horno
Mando de la puerta de la cámara
HORNO
Toma para análisis
CÁMARA-
.
Introducción del gas de atmósfera controlada
Puerta deslizante de la cámara
6 tubos radiantes en cada lado del horno
Válvula de explosión
Pulsador de deshornado
Pulsador de deshornado
1\
Ouemador de puerta
Mando del pulsador
Mando del pulsador Nivel de aceite'
Orificio de reenvío
de aceite
^—,
Deslizadores de guiado
Ventiladores de agitación
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ti \ \ I—
Vaciado de aceite
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Cubetas de toma de aceite *•**——^—^— para la bomba de circulación
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Fig. 93. — Sección longitudinal del conjunto del homo de calentamiento con atmósfera controlada y con temple incorporado. i¡0
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
mientras que el nivel inferior del chasis queda a la altura del deshornado. Puede recibir entonces la carga que sale del horno y el conjunto del chasis desciende, introduciendo la carga en el tanque donde se efectúa el temple, mientras la segunda carga, que estaba sobre el piso superior del chasis, queda a la altura de carga del horno y es empujada al interior del mismo. Queda en tonces libre el piso superior del chasis para recibir una nueva carga, que es empujada al interior de la cámara. El chasis, car
comprendida entre dos límites impuestos, uno por el comporta
252
gado en sus dos niveles, asciende: la carga templada puede em pujarse fuera del horno y la tercera carga introducida queda en espera en lo alto de la cámara para que la carga en curso de ca lentamiento o de cementación venga a colocarse en el piso vacío del chasis para su templado. Y así sucesivamente. Generador de atmósfera:
253
miento de los materiales de la retorta y el otro por la aparición
de un depósito de hollín inmediatamente por debajo de 800 °C. En el caso de descenso de la temperatura, se cierra la llegada
de la mezcla aire-gas a la retorta. En caso de falta de uno de los fluidos, se para el compresor del mezclador. Producción media por generador: 30 m3/h. 5.2.7.
Técnicas especiales
Agrupamos en este apartado ciertas técnicas relativamente nuevas, algunas de las cuales son poco empleadas todavía en España. Se trata de procesos específicos y en particular del gas natural, susceptibles de representar un progreso importante en
la utilización óptima dc ese combustible.
La producción de atmósfera se efectúa en un generador en
dotérmico utilizando una mezcla gas-aire con mucho defecto de aire. La retorta conteniendo el catalizador se alimenta con la
mezcla gas-aire anterior y es calentada por dos quemadores su perpuestos, dispuestos tangencialmente y alimentados por un mezclador de aire inductor. Dos caudalímetros, uno sobre el aire y otro sobre cl gas, a la entrada del mezclador, sirven para regular aproximadamente la relación aire-gas; un tercer caudalí metro dc precisión sobre el circuito de gas desembocando a la
salida del mezclador, permite añadir éste para ajustar las pro porciones al valor deseado.
Después de atravesar la retorta, el gas craquizado a 1 0501 100 °C se enfría rápidamente a 30 °C en un enfriador de circu
lación de agua, a fin de conservarle las características adquiridas
5.2.7.1.
El principio es el siguiente: Los tratamientos térmicos que intervienen en el curso de fabricación de un objeto manufactu rado, ya no son considerados como una operación independiente realizada en un taller especial, con un proceso de fabricación estático, sino, por el contrario, como una operación mecánica que viene a incrustarse en su lugar en el ciclo de fabricación. Se sustituyen entonces los hornos de tratamiento clásico por verdaderas máquinas de tratamiento, a las cuales se ha conse
guido dar una cadencia de producción y un automatismo que equivale al de una máquina útil empleada en las operaciones de mecanización.
Las características comunes a estas técnicas son las siguientes:
a alta temperatura, para enviarlo después al horno.
El automatismo del horno de tratamiento térmico implica el automatismo del generador. Dicho automatismo consiste en ase
gurar la seguridad y la constancia de marcha que debe realizar absolutamente una proporción de mezcla aire-gas con una tole rancia inferior al 0,4 %. Una adición del 1 al 4 % de gas en el horno permite bajar el punto de rocío a —10 °C. La temperatura de reacción en la retorta debe controlarse ri gurosamente, y la temperatura de su calentamiento debe estar
Calentamiento rápido
•
rapidez,
•
precisión,
•
automatismo,
•
economía de combustible.
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—1
APLICACIONES INDUSTRIALES
G4S NATURAL
254
5.2.7.2.
Este procedimiento se aplica a las piezas de revolución cuya
Tratamiento a la llama
Mientras que los procesos tradicionales obligaban a calentar la totalidad de la pieza, incluso si el tratamiento no interesaba más que a una parte, el tratamiento a la llama realiza la localización del tratamiento bien superficialmente o bien en profundidad. El calentamiento se efectúa al aire libre por uno o varios so
pletes, cuya forma, localización y movimiento se adaptan exacta mente al tratamiento particular a realizar. Es necesario que el tratamiento esté perfectamente localizado, que el calentamiento y el enfriamiento sean suficientemente rápidos y, al mismo tiem po, se sigan de cerca para que no sean influidos por conductibi lidad las fracciones de la pieza inmediatamente próximas a las que han dc sufrir el tratamiento.
de otra, el
enfriamiento sigue inmediatamente al calentamiento al mismo ritmo que éste.
Los sopletes pueden alimentarse con todos los gases (acetile no, propano y butano) y especialmente con gas natural. La aplicación más frecuente de este proceso es el temple su perficial que, según las dimensiones y las formas de las piezas, puede tener dos variantes:
El temple instantáneo, en el cual la totalidad dc la superficie a templar se calienta toda a la vez. La pieza, después dc conse guida la temperatura, se sumerge por desplazamiento rápido en el baño de temple. Este sistema se aplica a numerosas piezas, tales como engranajes, cigüeñales, árboles de levas, etc.
El temple progresivo o lineal, en el cual la pieza a tratar se monta en un torno vertical u horizontal y gira alrededor de su eje, mientras que el carro porta-útil, en cl que van montados los
sopletes y el dispositivo de enfriamiento, se desplaza a lo largo de una generatriz. El calentamiento y el enfriamiento que sigue se efectúan así sucesivamente como en una operación de meca nización. La velocidad de avance está dirigida por la tempera tura superficial dc la pieza.
superficie debe templarse. Se aplica igualmente a los engranajes de grandes dimensiones, en los que el temple se efectúa así, dien te por diente.
5.2.7.3. Calentamiento por radiación a alta temperatura
Esta técnica consiste en exponer las piezas a la acción de fuentes de calor a temperatura muy superior a la que hace falta obtener, limitando el tiempo de exposición al tiempo necesario
para alcanzar dichas temperaturas. El principio de este proce
dimiento es crear, entre el objeto a tratar y la fuente de calor, un gradiente de temperatura de suficiente importancia para con
seguir el efecto de calentamiento deseado en un tiempo determi
nado.
Esta exigencia tiene una doble consecuencia: dc una parte, los sopletes deben alimentarse con oxígeno para realizar el ca lentamiento máximo con una localización exacta;
25b
El problema consiste en no tratar de regular la temperatura de un horno, sino el tiempo de permanencia en un medio de cal deo cuya temperatura está rigurosamente regulada. La variación del tiempo de calentamiento en función de la
temperatura es muy importante: por ejemplo, en un horno a 870°, una barra de acero de 25 mm de diámetro no alcanza com
pletamente esta temperatura hasta los 8 min, mientras que en el interior de ambientes a 1 370° y 1 650°C alcanza dicha tempera
tura, respectivamente, en 80 y 45 s. Esta reducción del tiempo de calentamiento es todavía más marcada si las piezas a tratar son
dc un espesor mayor. Para obtener estas grandes velocidades de caldeo, hace falta disponer de fuentes de calor de alto potencial. Por consiguiente, las técnicas empleadas para realizar la com bustión son completamente diferentes, recurriendo a quemado res de concepción especial en el interior de los cuales la combus tión se completa al menos el 90 %: el calentamiento se obtiene bien por su acción de la radiación a alta temperatura de una pieza refractaria calentada por combustión rápida de la mezcla gaseo
sa, bien por convección de los productos de combustión lleva dos a muy alta temperatura.
En los hornos equipados con quemadores clásicos, la cantidad dc calor liberado en un tiempo determinado, referido al volumen de la cámara de combustión, se sitúa entre 400000 kcal/h/m3 y
256
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
5 000 000 kcal/h/m3. Por otra parte, la velocidad de circulación de los productos de combustión no sobrepasa apenas los 30 m/s. Con la nueva técnica se alcanzan valores de 80 000 000 kcal/h/m3 a 500 000 000 kcal/h/m3, con velocidades de circulación de los
productos de combustión de 120 m/s a 300 m/s.
Es fácil comprender que, en estas condiciones, la concepción de un horno cambia totalmente, ya que el proceso de los inter cambios térmicos se modifica profundamente y es posible obte ner velocidades de calentamiento mucho mayores. No es cuestión de entrar aquí en detalles sobre los dispositi vos puestos a disposición en la práctica para conseguir esos ob jetivos. Varios constructores pueden ofrecer el aparellaje nece sario. Este debe comprender, esencialmente:
• Un dispositivo de preparación de la mezcla gaseosa que permi ta alimentar los quemadores con las cantidades de aire y gas que correspondan exactamente a la mezcla teórica, con la
posibilidad de variar dichas proporciones para obtener una combustión oxidante, neutra o ligeramente reductora, según los casos.
• Quemadores de construcción apropiada para que permitan al canzar las temperaturas elevadas requeridas. Estos quemado res de formas muy variadas, comprenden todos un elemento en material refractario de muy alta resistencia térmica.
• Dispositivos anti-retorno de llama, con objeto de evitar toda inflamación intempestiva de la mezcla, en proporción explo siva, distribuida a los quemadores.
257
• Realización del corte por proyección dé un chorro de exigeno puro, incorporado en el eje de la llama.
Oxicorte
El oxicorte consiste en seccionar los metales por la aplicación de una combustión localizada y continua, obtenida por la acción de un chorro de oxígeno puro, actuando sobre un punto previa mente llevado a una temperatura conveniente.
Partiendo de ese principio, el oxicorte es una operación que se efectúa en dos tiempos distintos:
• Cebado del corte a 1350 °C, aproximadamente, para el acero dulce, por combustión de una mezcla gas-oxígeno.
'
La operación se desarrolla de la siguiente forma: La llama de la combustión eleva localmente, en un primer
tiempo, el metal a la temperatura conveniente (cebado). En un segundo tiempo, la inyección de oxígeno sobre el pun to calentado inicia la reacción de oxidación, que desprende asi
mismo una cantidad importante de calor. El metal se transforma
en óxido, que al fundirse se desprende. El óxido formado puede ser sólido, líquido o gaseoso. Lo más favorable es el óxido líquido que, al eliminarse fácilmente, permite asegurar la propagación de la reacción.
Debemos señalar que la temperatura de fusión del óxido debe ser inferior a la temperatura de fusión del metal, de tal forma que -la eliminación del óxido facilite la continuidad de la opera ción. En el caso de aceros especiales bastante duros o de nota ble espesor de corte, se tiene que recurrir a ciertos artificios. Es tos artificios pueden ser: el calentamiento del oxígeno de corte,
el empleo de un maUrial de aporte actuando de fundente, el empleo de polvos fundentes incorporados al chorro de oxígeno de corte o inyectados en su superficie.
El gas natural se presta notablemente para esta operación, tanto si se realiza a mano como a máquina.
Con máquinas llevando carros porta-sopletes, se obtienen cor tes muy regulares y limpios. Dichas máquinas permiten efectuar todas las operaciones deseadas con una gran precisión.
5.2.8.
1
Con gas natural mezclado con oxígeno cuya temperatura má xima alcanzada es del orden de 2 750°, las condiciones de trabajo
son muy parecidas a las obtenidas con el propano y el acetileno. Solamente el tiempo de cebado es algo superior con relación al acetileno, pero la diferencia es mínima e incluso esta desventaja desaparece cuando se trata de cortar grandes longitudes, ya que la velocidad de corte depende más de la acción del oxígeno que de la llama dc calentamiento.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
258
El gas natural puede utilizarse empleando los sopletes de propano, pero se obtienen mejores resultados con las boquillas especiales para gas natural, puestas a punto por los diferentes En favor del gas natural debe señalarse la perfección de corte, igual o superior a la obtenida con el acetileno. No hay peligro de fusión de las aristas y las películas de óxido formadas no son adherentes. Estas dos ventajas mejoran la precisión del corte, a la vez que se reduce al máximo el mecanizado o el empleo de Como la combustión que forma el dardo de calentamiento se
efectúa con un gran exceso de oxígeno, se obtienen, además de CO2 y H2O, cantidades importantes de O2 lo que motiva que la llama sea menos carburante en las superficies de corte y haga innecesario, en la mayoría de los casos, el recocido para su me canización posterior.
El oxicorte está tan extendido que es difícil mencionar todas las aplicaciones del mismo: aparte de en calderería y en chapistería, se emplea en destrucción, recuperación en fundición y en siderurgia y para trabajos especiales (desprendimientos de tu bos, descosido de remaches, etc.).
El cuadro adjunto da idea de las velocidades de corte y de los consumos de oxígeno y de gas natural correspondientes a diferentes espesores.
Boquilla 0
mm
Velocidad
Consumo
de corte
Oxígeno l/h
m/h
Consumo
Gas natural
l/h 5
12 20
30 50 80
100
250
no férricos
sidad de operaciones que en la metalurgia de los metales férreos, sino que aquéllas se multiplican por la variedad de aleaciones y metales.
A excepción de los metales preciosos o raros, esas operacio nes, tanto si se trata de la fusión, de su elaboración o de su tra tamiento térmico, deben realizarse a temperaturas sensiblemente
muelas.
mm
Gas natural en la metalurgia de metales
En este ramo industrial se encuentra no sólo la misma diver
constructores de sopletes y de máquinas de oxicorte.
Espesor
5.3.
259
10/10 10/10 15/10 15/10 20/10 20/10 25/10 25/10
30
1250
270
25
1480
320
21
3 980
480
18
4 290
560
16
7 550
690
15
8 180
850
13
11570
960
10
13 200
1360
inferiores a las exigidas por los metales férreos. Debido a ello, el gas natural encuentra un vasto campo de aplicación. La sensibilidad de estos metales a las acciones químicas de
los productos de combustión y especialmente a las impurezas que pueden contener, exigen, a menudo, el empleo de un com bustible puro, cuya docilidad permita un ajuste preciso de las atmósferas de combustión. Además, en aquellos casos en que el material a tratar deba mantenerse protegido de toda acción agre
siva de la atmósfera, el gas natural aporta una solución al calen tamiento mediante tubos radiantes, así como a la producción de atmósferas de protección.
El gas natural se presta perfectamente al calentamiento de hornos de fusión, tanto si se trata de hornos basculantes o de
reverbero para los metales, como de cubas de galvanización, hor nos de fusión en crisoles para aluminio, aleaciones de cobre o aleaciones ligeras. Los hornos de crisol especialmente construi dos para el empleo del gas natural permiten, gracias a una dispo sición especial de los refractarios que rodean los crisoles, obtener rendimientos muy elevados, asegurando una mayor duración de los crisoles debido a la supresión de los golpes de fuego. El quemador o quemadores se disponen en los hornos de cri sol (generalmente de forma cilindrica), de manera que su eje sea tangente a una generatriz de la cámara de combustión; los gases de combustión tienen que rodear el crisol para salir por el orifi cio de evacuación situado opuestamente a los quemadores y a un nivel superior. Dichos productos de combustión pueden emplear se, a su salida, para precalentar el aire de combustión o los lin-
1
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GAS NATURAL
bajo nivel de las temperaturas de calentamiento, realizar esta
un combustible interesante. Resulta fácil, a pesar del relativo
En lo que se refiere a las operaciones de laminado de chapas y extrusión de tubos y alambres, el gas natural se revela como
las características de combustión, así como de los intercambios de calor, en la utilización industrial del gas natural.
vez más, la importancia de la elección de los quemadores y de
Los resultados de explotación han confirmado las previsiones, tanto en lo que se refiere al balance térmico del horno, como a la pérdida al fuego y al fenómeno de gaseado. Hemos querido subrayar este ejemplo porque confirma, una
la llama y el baño.
la llama y de los productos de la combustión sobre el baño, asegurando la transmisión de calor por radiación directa entre
llama. La idea directriz ha sido suprimir toda acción directa de
cracking del metano, aumentando el coeficiente de emisión de la
balsa de fusión de 18 t de aluminio, calentado por gas natural, en el cual el quemador efectúa una combustión retardada con
Se ha llegado a la misma conclusión en el caso de hornos de llama directa a partir de la puesta en servicio de un horno de
meno al utilizar gas natural.
ligeras en hornos de crisol, no se ha visto afectada por ese fenó
trado, sin embargo, que la fusión del aluminio y de aleaciones
La experiencia y una serie de ensayos efectuados, han demos
como por ejemplo el aluminio.
libre que necesariamente les acompaña, no se difunda y, en con tacto con el baño, sea absorbido por ciertos metales fundidos,
la pérdida de calor por inquemados de los productos de combus tión que se evacúan del horno, y también para que el hidrógeno
crisol. Esta falta de aire debe ser mínima, con objeto de evitar
para evitar la destrucción por oxidación a alta temperatura del
sea una combustión casi neutra, con una muy ligera falta de aire
con la buena conservación del material: se procura, pues, que
La combustión se regula convenientemente para que se efec túe en las condiciones económicas más favorables, compatibles
proximidades del crisol.
gotes del metal a fundir contenidos en una estufa situada en las
260
r"~^H
n
completamente los quemadoras durante las horas de paro de
tinuado de 6 h 30 min a 22 h 30 min, es interesante no apagar
La proporción de piezas rechazadas ha sido del 2,78 %. La experiencia ha demostrado que para un trabajo diario con
noche y los días festivos.
— 2,6 m3 de gas natural de 9 000 kcal/m3 por 100 kg de me tal, teniendo en cuenta el consumo necesario para calen tar el horno después de los paros de trabajo durante la
en período de trabajo continuo;
— 2 m3 de gas natural dc 9 000 kcal/m3 por 100 kg de metal
sumen:
Para una producción dc 90 kg/h de metal fundido se con
la presión del aire.
dores de gas (cuyas llamas se dirigen tangencialmente a las pa redes del hogar), alimentados por inducción de aire a presión y gas a presión atmosférica. El baño de fusión se mantiene a 600° C por medio dc una regulación automática que actúa sobre
acumuladores eléctricos. El calentamiento se efectúa con quema
aleación de plomo y antimonio utilizada para la fabricación de
Se trata de un horno de crisol conteniendo 500 kg de una
A) Homo de crisol para fusión de plomo
Ejemplos:
posibilidad de oxidación.
azufre puede ser factor decisivo para su adopción como materia de fabricación de atmósferas de protección, necesarias para el recocido en caliente, donde el metal debe protegerse contra toda
que se refiere a los metales y aleaciones de cobre, la ausencia de
blemas de atmósfera de protección pueden resolverse fácil y eco nómicamente utilizando gas natural como materia prima. En lo
Igualmente, con exigencias diferentes según los metales, los pro
Para las operaciones de tratamiento, el gas natural presenta las mismas ventajas que en la metalurgia de los metales férreos.
miento local.
de calentamiento, que permiten evitar todo riesgo de calenta
261
operación, debido a la repartición ydivisión racional de las zonas
APLICACIONES INDUSTRIALES
IWf
TI
263
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
trabajo. A este efecto se mantiene, por medio de la regulación automática, una temperatura de 450°C en los crisoles desde las
900 termias/h, con regulación del caudal de gas según el caudal
22 h 30 min hasta las 4 de la mañana, lo que representa para
en baño líquido de sales. Siendo la sal mala conductora del calor,
los quemadores un caudal pequeño. A las 4, la regulación auto mática dispone que se mantenga la temperatura de 600° C hasta
la transmisión no puede hacerse por radiación como en los hor nos clásicos, y se transmite por conducción en el curso de la
que empieza el trabajo a las 6 h 30 min.
rotación del horno cuando la zona calentada en la bóveda se coloca bajo el metal.
262
La introducción de la regulación automática en las operacio nes de esta clase presenta un gran interés de orden económico,
permitiendo mantener el baño a la temperatura reconocida como
de aire. Para evitar la oxidación de la granalla, la fusión se hace
C) Recocido continuo de bandas de aleaciones de cobre y de tubos, barras, cables, etc., de cobre, latón o aleaciones con
la más conveniente, produciendo una economía de combustible
y, sobre todo, lo que es más ventajoso bajo el punto de vista del precio de coste, una disminución notable de rechazos originados por una temperatura demasiado elevada. B)
Fusión de aleaciones ligeras procedentes de recuperación
Se refiere a dos plantas para tratar restos de aleaciones de aluminio de 40 000 t/año de capacidad cada una, y de otra, para tratar aleaciones cuprosas de 12 000 t/año de capacidad. La fundición consta de:
•
•
Tres hornos de reverbero de balsa, utilizados para tratar los residuos (virutas de torno, material de recuperación, etc.) cuyo rendimiento metal es superior a 88 °/o.
aluminio
El recocido de bandas de 300 a 1 250 mm de ancho y de 3 a
18 décimas de mm de espesor se realiza en un horno vertical continuo, con una producción mínima de 2 t/h, y una gran diver sificación de la demanda, tanto en calidades como en dimen siones.
Las características físico-químicas de las diferentes aleaciones
tratadas imponía al horno un calentamiento preciso y rápido, y una atmósfera no oxidante. El sistema de calentamiento escogido fue el de convección forzada con proyección octogonal, de cho
rros de gas de atmósfera controlada sobre la banda. Dicha at mósfera se recicla y se recalienta por circulación en conductos provistos de tubos radiantes de calefacción.
Cuatro hornos rotativos de baño de sales, destinados a tratar
los residuos de rendimiento metal pobre, pudiendo bajar has ta 35 %.
•
Un horno dc solera, utilizado para tratar residuos ferrosos.
•
Cinco hornos basculantes y un horno fijo, que reciben el me tal líquido de los hornos rotativos y del horno dc solera, y lo cuelan en lingotes.
Los hornos de reverbero, de una capacidad total de 120 t, se calientan por seis quemadores de gas de 1 800 termias/h. La re gulación se hace por control de temperatura de la bóveda (regu lación de marcha entre 1 000 y 1 100° C). La temperatura del baño se controla permanentemente y se mantiene entre 750 y 800° C. Los hornos rotativos tienen una capacidad de 3 a 3,5 t/uno y están equipados por quemadores sin mezcla previa dc aire, de
El horno, que tiene 24 m de alto, comprende cuatro zonas: dos zonas de calentamiento, una zona de mantenimiento y una zona de enfriamiento. Las dos primeras están equipadas con 8 tu bos radiantes (4 de cada lado). La zona de mantenimiento está
equipada con 4 tubos radiantes al sentido de paso. Cada zona es una unidad autónoma con su correspondiente equipo de ca lentamiento, de reciclaje y de regulación. La regulación se hace
por «todo o poco», mediante la acción de una válvula neumática sobre la entrada de aire que regula, a su vez, la entrada de gas. Una red de seguridad montada sobre panel de control permite prevenir: •
La falta de aire de combustión.
•
La falta de gas.
i
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
264
• •
n
La falta de aire comprimido. La falta de agua de refrigeración.
El recorrido de tubos se realiza en un horno de recocer de rodillos dc 60 m de largo, que comprende:
La reacción se efectúa a una temperatura del orden de los
920° C, y los consumos teóricos y prácticos de energía son, res pectivamente, del orden de 760 y 1 150 kcal/kg de cal. Según el tipo de horno y de primera materia, el consumo específico prác tico oscila entre 900 y 1 500 kcal/kg.
9 una mesa de carga de 10,45 m,
© una cámara dc entrada de 12,6 m dc largo, donde se efectúa la purga de los tubos,
• el horno propiamente dicho, de 6,75 m dc largo, con dos zonas • •
dc calentamiento bajo atmósfera, una zona de enfriamiento de 23 m de longitud, una mesa dc descarga de 6,45 m.
Las técnicas de fabricación están actualmente en plena evo lución:
• •
— horno de cuba vertical, —
El conjunto dc la instalación está bajo atmósfera de pro
el horno la atmósfera neutra deseada, pero a poco caudal son
insuficientes para mantener la atmósfera conveniente, siendo en tonces necesario recurrir a un generador exotérmico dc ayuda, situado encima del horno y alimentando principalmente la zona de enfriamiento.
El horno está dividido en 2 zonas de calentamiento de tempe
ratura creciente (600° C en la primera y 700° C en la segunda).
Cada zona está equipada de 4 quemadores (2 por lado) dis puestos sobre la solera, por un lado, y bajo la misma, por otro. Su potencia total es de 700 lennias/h. Dichos quemadores son de premezcla total con encendido manual y piloto dc seguridad.
5.4.
Gas natural en la fabricación de cales y cementos
La piedra caliza, constituida esencialmente por carbonato calcico, se descompone bajo la acción del calor en ca' y gas car bónico.
Los antiguos hornos de cuba verticales empleando coque se sustituyen progresivamente por otros, que utilizan combus tibles fluidos. Estos son de dos tipos:
varía entre 0,2 y 2 m/min.
Los quemadores están regulados de forma que, a pleno cau dal, los productos de la combustión son suficientes para crear en
Los utilizadores exigen cada día cales de mejor calidad, que
presenten buena reactividad y una baja proporción de azufre.
Según el tipo de tubos tratados, la velocidad de circulación
tección.
265
horno rotativo.
La explotación de ambos tipos puede ser competitiva. Los hor nos de cuba son más apropiados para la cocción de calizas de grueso calibre. Sin embargo, y con el fin de limitar sus inversiones, ciertas empresas están interesadas en modificar sus hornos de coque para realizar la calcinación mediante fuel-oil o gas. Las modifi caciones (ya en curso en varios países) no están todavía bien definidas y parece difícil técnica y económicamente conseguir una marcha regular. Sin embargo, se han podido establecer cier tos principios, que deben respetarse:
•
Inyectar el gas por quemadores múltiples y en diferentes ni veles. Esos quemadores se colocan sobre las paredes vertica les y/o en cl interior del horno.
•
Modificar eventualmente el revestimiento refractario del hor
no para establecer cámaras de combustión laterales o para reducir la reacción del horno a nivel de los quemadores.
® Rcciclar los productos de la combustión para aumentar el volumen dc gas que circula por el horno, a fin de homogeneizar y disminuir la temperatura de combustión.
Se trata, en efecto, de una modificación radical del proceso de cocción, actualmente realizado por lechos superpuestos de
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GAS NATURAL
266
APLICACIONES INDUSTRIALES
267
carbón y piedras; así, ahora, se asegura un reparto conveniente del calentamiento sobre toda la superficie del lecho de cocción.
los inconvenientes de la granulometría «todo uno» de 10 a
Una carga sola de piedras más o menos calibradas, ofrece, por el contrario, una mayor resistencia desigual a la circulación ver tical de los gases quemados, ocasionando irregularidades de coc ción y una proporción elevada de incocidos o requemados.
300 mm.
Además, la disminución dc volumen de la carga que resulta
dc la desaparición del combustible sólido (un tercio en volumen) facilita el descenso del producto. Con el calentamiento a gas no se produce disminución de volumen y, en consecuencia, las po sibilidades de atasco de la carga son mayores llegando incluso a impedir el descenso.
A pesar del prolongado tiempo de cocción (24 h), y de la homogeneidad de temperaturas como resultado del reciclaje de los humos, quedan de 3 a 4 % de incocidos (% CO2 en la cal). La reactividad ha sido juzgada como buena. El consumo medio indicado es de 90 Nm3/h de gas natural de 8,5 termias (P. C. I.)/Nm3 para una producción de 12 t/día ex presado el tonelaje en cal, correspondiendo a un consumo espe cífico de 1 530 termias P. C. I./t. Este valor, relativamente eleva
Bajo el punto de vista económico, el procedimiento de calen tamiento por lechos superpuestos, si el horno está bien condu
do, se justifica por la marcha reducida de producción (50 %) que correspondería, para una producción de 20 t/día, a un consumo específico de 1 140 termias P. C. I./t, cifra muy próxima a lo nor
cido, es de rendimiento elevado, el cual resulta difícil de superar
mal en este tipo de horno.
con el gas natural, el cual en este caso no puede hacer valer sus cualidades fundamentales, que son: regularidad, pureza y preci sión en la regulación. Desde luego, el gas tiene la ventaja dc la supresión dc las cenizas y dc la ausencia de azufre.
Por el contrario, la técnica de empleo del gas natural está completamente resuelta utilizando hornos de cuba nuevos, con
cebidos y proyectados para ese combustible y en los hornos rotalivos.
La conversión a gas natural de estos últimos, que utilizaban
hasta ahora fuel-oil, presenta las mismas soluciones técnicas que para los hornos rotativos de ectnenio, por lo que nos remitimos a ellas.
El equipo de calentamiento está constituido por una corona de 10 quemadores, situados a unos 3,5 m sobre el plano de des hornado, cuyos ejes están inclinados 45° sobre la horizontal, de sembocando de arriba a abajo en una zona de mayor diámetro: 2,6 m, en lugar de 2 m.
Se trata de quemadores sin mezcla previa de aire alimentados con un gas mezcla de gas natural y humos reciclados, de manera que dicha mezcla tenga un poder calorífico aproximado de 2 termias/m3. El interés del reciclado de gases es doble: cl descenso de la temperatura máxima (del orden de 900° C) permite obtener una buena reactividad, y el aumento de volumen de los gases fa vorece una buena homogeneidad.
La conducción del horno es manual y no hay regulación auto mática de la temperatura. El horno hace más de 15 años que fue
I'jeniplos:
A) Horno de cal para la fabricación de carbonato sódico desti
nado a: papeleras, cultivo de champiñones e industria quí mica y farmacéutica
convertido a gas natural y tiene reputación de trabajar a plena satisfacción: el equipo de calentamiento, muy sencillo, es ro busto, y no ha dado lugar a ninguna dificultad de explotación. El comportamiento del refractario es bueno, necesitando una re
Horno de cuba vertical: Altura total, incluido skip. 21 ni; altu ra útil, 16 m; diámetro interior medio, 2 m, pennilirudo una producción de 20 a 25 l/día, pero que se ha limitado, después d" la conversión a pn- natural. :• P t/día, ("n nl)¡--i • -I
t educir
construcción cada 10 años.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
268
B) Homo vertical dc 200 t/día de capacidad, produciendo la cal para la agricultura y la industria química partiendo de calizas muy duras (98 % de CO€a) de una granulometña de 50 a 90 mm
1
269
A la salida del horno, los humos a 300° C contienen 0,5 a 1 %
de CO y alrededor de 4 % de 02. Los otros constituyentes, espe cialmente el C02, no nos han sido facilitados. El óxido de car
bono y el oxígeno están dosados permanentemente por analiza dores-registradores automáticos. A título indicativo, diremos que
Este horno es dc un solo compartimiento de 2,7 nr de sección horizontal; por cl contrario, cuando la granulometría es más pe queña, es necesario dividir el horno en varios compartimientos para asegurar un buen descenso dc la carga, evitando al mismo
el consumo total de electricidad para el servicio global del horno es de 12 kWh/t de cal. La reposición del revestimiento refractario del horno, que en los hornos calentados con fuel-oil se efectúa cada 5 años, se puede cifrar con el gas natural cada 8 a 10 años.
tiempo la formación de chimeneas.
El horno descrito lleva en funcionamiento con gas más de
El equipo de calentamiento comprende dos niveles de 2 que madores cada uno, superpuestos, con refrigeración por circula ción dc agua. Cada quemador comprende 16 cabezas alimentadas
15 años.
C) Horno a doble cuba vertical, especialmente concebido para gas natural
con gas natural, a 2 kg/cm1. La totalidad del aire de combustión está introducido en los
El horno se compone de dos cubas verticales comunicadas
quemadores por la aspiración del tiro del ventilador. En este horno no hay ni reciclado dc los productos dc combustión, ni re cuperación de CO;: los humos se toman en la cúspide del horno y son aspirados, a través de un ciclón separador de polvo, por el
entre sí en la parte baja del fuego. El conjunto es imponente: 32 m de alto y 6,5 m de ancho. El horno comprende cinco zonas
ventilador de tiro situado en la base del horno.
La altura total es de 19 ni, sin incluir el sistema de carga. l?.sle último, así como el deshornado, es hermético.
El consumo de gas es de 1 275 m'/h (de los cuales 500 m3 co rresponden a la hilera superior de quemadores y 775 a la hilera inferior), lo que corresponde a un consumo específico de I 200 ter mias P. C. I./t, siendo el gas natural de 8 termias P. C. Í./Nm3. Es interesante resaltar que ese horno puede variar su pro ducción de 90 a 230 t/día, con un consumo de 600 a I 500 Nm3/h, y con un consumo específico invariable. El horno es de regulación automática. El conjunto automati zado es conducido por un solo hombre. La reactividad de la cal alcanza el índice 400 al cabo de 7
min, lo que puede considerarse un buen resultado. Los incocidos '•oh de un 3 "i' (medidos en "<> de CO- desprendido por la cal). La cal es descalcada a 120° C; '•(H-cióu c-^
I I5(V <".
la lemperatiua máxima de
principales: •
carga,
•
prccalentamiento,
•
cocción,
•
enfriamiento,
® descarga. La marcha es alterna.
A cada carga, la tolva pesadora descarga en una dc las cubas 2 750 kg dc piedras calcáreas dc gran pureza (98 °/o de CaC03 y 2 % dc impurezas). Simultáneamente, las tolvas de descarga eva cúan 1 500 kg de cal. En la cuba en cocción, los quemadores (lanzas) se alimentan con gas natural puro a 4,5 kg/cm2 relativos, mientras en la cuba en enfriamiento se alimentan con aire para evitar que pueda en trar en su interior el polvo.
La capacidad dc producción es de 110 a 200 l/día, tratando las piedras de granulometría comprendidas entre 50-120 mm. El resto es transformado en castina.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
271
Cada cuba está equipada con 18 quemadores o lanzas de gas dispuestas uniformemente en toda la sección (ver esquema fi gura 94) de manera que la combustión a la salida de cada lanza se reparte en superficies idénticas, asegurando así una buena re gularidad del calentamiento en toda la masa. Los quemadores se instalan en la zona GiG2 del esquema adjunto. Están formados por dos partes unidas por un codo: una parte horizontal, de Tolva pesa dora.
acero ordinario refractario de 0,5 a 1 m de largo, protegido con
A1-A2: Compuer
tra el desgaste por una chapa curvada de acero; otra parte ver
tas tolva
tical, de acero refractario de una longitud de 3,7 m. La com bustión tiene lugar de arriba a abajo.
pesadora. Compuerta aire-humos cuba 1.
Compuerta aire-humos cuba 2.
Compuerta cierre cuba 1.
Compuerta cierre cuba 2. Chimenea cuba 1. Chimenea cuba 2.
Aire primario
El funcionamiento del horno es el siguiente:
Se suponen las dos cubas llenas hasta el nivel N y se supone la cuba 1 en calentamiento.
a) Se llena la tolva pesadora A con los registros Ai y A2 ce rrados.
b) El registro B¡ se coloca en posición de cierre de la chi menea Ei y de abertura de la entrada de aire prima rio Pt.
cuba 1.
Aire primario cuba 2.
Quemador dc
fías cuba 1. Quemador de
gas cuba 2.
Descarga cuba 1.
Descaren
cuba 2."
DI: Compuerta descarga
c)
El registro B2 se coloca en posición de cierre de la en trada dc aire primario P» y de abertura de la chimenea E2.
d) Los registros F¡ y F2 de las cubas 1 y 2 se cierran.
El aire primario llega por P,, desciende en la cuba 1 y permite la combustión del gas en los quemadores G,. La llama y los gases calientes descienden, cuecen las piedras, pasan por el conducto H, remontan en la cuba 2 y se escapan por la chimenea E2.
cuba 1.
D2: Compuerta descarca cuba 2. RI-R2: Aire dc enfria miento. S: T-C
Rampa. Transporta
Durante ese tiempo, las deshornadoras C¡ y C2 tienen un movi
miento de vaivén que hace caer la cal en T¡ y T2 después de que ésta se haya enfriado por el aire de enfriamiento que llega por Ri y R2. Al final de la cocción:
dor dc cinta. II: J:
Conducto. Piloto.
TI-T2: Tolva de
descarpa. PI-P2: Palpador de control
a) Se corta el gas a los quemadores G, y se alimentan con aire.
b) Los registros B¡ y B2 basculan, cerrando el primero P, y abriendo E>. mientras el secundo cierra F-. v nhrr P,
1
272
1
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1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
c)
Los registros F¡ y F2 se abren y, al mismo tiempo, se cie
d)
rra la entrada de aire en R¡ y R2. Se inmovilizan Ci y C2 y se abren los registros D¡ y D2,
que se cierran inmediatamente después de evacuar la cal
Para 180 t/día, el número de inversiones sería de 123 por 24 horas.
El tiempo de paso de las piedras por las diferentes zonas del horno está, aproximadamente, en la relación siguiente:
sobre un transportador TC.
e)
Mientras los registros F¡ y F2 están completamente abier tos, se abre cl registro A, de la tolva pesadora A¡, llenando así la cuba 1.
f)
Una vez vacía la tolva 4 se cierra el registro A¡ y los
registros F¡ y F2. Las deshornadoras C¡ y C2 reemprenden
273
•
40 °/o en la zona de precalentamiento,
•
40 °/o en la zona de cocción,
•
20 %
en la zona dc enfriamiento.
El consumo de este horno es de 150 m3 de gas natural por 1 500 kg de cal.
su movimiento de vaivén.
El aire de enfriamiento vuelve a circular por R¡ y R2. El aire primario llega ahora por P2 a la cuba 2, donde desciende asegu rando la combustión de gas admitido por G2. La llama y los pro ductos de combustión calientes descienden en la cuba 2, cuecen
las piedras y, pasando por el conducto H, remontan la cuba 1 y se escapan por la chimenea E¡. La tolva pesadora se llena nueva mente. AI final del período de combustión se llenará esta vez
Una central suministra el aire necesario, cuyas cantidades son importantes (para el enfriamiento, por ejemplo, hacen falta 6 000 m3/h en promedio de aire a 5o para que los productos des cargados del horno salgan a 50-60°). La calidad de los productos que salen del horno tiene las características siguientes:
la cuba 2.
Durante todas estas operaciones, unos palpadores P¡ y P2 con trolan permanentemente el nivel de las piedras de las cubas. Las indicaciones se transmiten al armario de mando, el cual, com parándolas con las correspondientes a un nivel teórico ideal, man
da el ritmo dc la descarga. El tiempo de inversión del ciclo es siempre de 60 s, durante los cuales todas las maniobras de carga, descarga y modificación de las circulaciones de aire y de gas tienen lugar automática
•
CaO
•
CO.Ca
•
Si. Fe. Alúmina
•
H20
•
Varios
95,96 1,5 2,0 0,3 0,24
% °/o % °/o %
La cal fabricada tiene alta reactividad, es decir, que su reac ción al agua o al ácido clorhídrico es muy rápida. Esta cualidad se obtiene gracias a la técnica del horno: la
dcscarbonatación se produce a partir de 860°, y la cocción se ob tiene entre 1 000 y 1 050° C. En los otros sistemas, la cocción se
mente.
El tiempo de calentamiento varía según la regulación del hor no, de acuerdo con la producción deseada. Así, para una produc
realiza a temperaturas mucho más elevadas, del orden de 1 200°; este exceso de temperatura disminuye la reactividad.
ción de 110 t/día: 5.4.1.
•
Calentamiento
•
Inversión
©
Calentamiento
Cemento
I 123" (cuba I) 60"
1 123" (cuba 2)
es decir, 73 inversiones por 24 horas.
Para la fabricación dc cemento se utilizan en la actualidad únicamente los hornos rotativos. Estos hornos se calientan me diante quemadores colocados en la cabeza del horno del lado
donde se efectúa la salida del clínker: los productos dc la com-
1
— .9
GAS NATURAL
274
bustión circulan a lo largo del horno en sentido inverso a la circulación de los productos.
Los quemadores pueden ser dc carbón pulverizado, de fueloil y gas natural o dc mezcla, cu proporciones variables, dc estos combustibles.
En los países donde se dispone de gas natural en grandes cantidades y la red de distribución está próxima a las cemén telas, se emplea el gas nal mal solo o en combustión mixta con el fuel-oil y el carbón. En Estados Unidos, el 47 % del cemento fabricado es produ
cido en hornos de gas. En Italia, el 70 % de las fábricas situadas próximas a las redes de distribución de gas natural, utilizan ese combustible. En la URSS, República Democrática Alemana y otros países de Europa Oriental, lodos los hornos que pueden disponer dc gas lo utilizan, sea para procedimiento húmedo, semiseco o seco. Lo misino puede decirse de Holanda, Bélgica,
LC/) .2 C
Francia, etc.
Siendo las condiciones de fabricación y los tipos de hornos
muy variados, los equipos de calentamiento han sido adaptados generalmente por los mismos ceméntelos. Es pues imposible des cribir un quemador tipo. La tendencia actual consiste en cons truir quemadores sin aire primario. No obstante, los quemado res de doble inyección (con aire primario y secundario) dan en
ú 18 o
C¡ {i •j
En la figura 95 representamos un quemador mixto gas-fuel-oil para horno rotativo, que puede funcionar: a)
sólo con gas natural.
h)
con gas v fuel-oil conjuntamente.
3
O
ÍBl ,-•-,
>
El conjunto está compuesto dc una ternera y el quemador
o
propiamente dicho. La lobera consta de dos partes: la anterior, que penetra en el horno, y la posterior, donde va lijado el que mador que se introduce en la lobera.
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El quemador es del tipo laminar cónico, donde el cono dc la boquilla puede desplazarse sobre su asiento, más o menos, me diante un volante accionado desde el exterior, regulando la for
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ma v caudal de la llama.
cj
•a o
determinados casos resultados aceptables.
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mí
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El gas se introduce en el circuito interior mediante un tubo
9 la regulación fie la penetración y orientación de dicha tobera.
9 la extracción rápida dc la lobera y quemadores del horno
El chasis permite:
que permite la orientación del con junio dentro del horno.
El conjunto de lobera y quemadores puede desplazarse apo yado en un bastidor o chasis, rodando por cl suelo (fig. 96) o sus pendido de un pórtico. El chasis lleva cl ventilador dc aire pri mario y soporta la tobera por mediación de una unión dc cardán
circulación por el circuito exterior y se abre la entrada de aire primario para el inicio dc combustión del fuel-oil.
fica total, a determinar en cada instalación, se cierra el gas de
dc fuel-oil sobrepasa un porcentaje elevado dc la potencia calorí
rior y exterior, sin admisión de aire primario. Cuando el caudal
nuando la circulación y combustión del gas por los circuitos inte
quemador de pulverización colocado en cl eje del aparato, conti
Para el funcionamiento mixto, el fuel-oil se introduce en el
aire primario.
to de la combustión. En este caso, está cerrada la entrada de
contribuyendo al enfriamiento del conjunto y como complemen
mismo tiempo se introduce otra parte por el circuito exterior,
en su mayor parte en cl quemador por cl circuito interior y al
Para el funcionamiento únicamente con gas, ésle se introduce
diación por un revestimiento refractario.
penetra en cl horno está protegida exteriormenle contra la ra
miento de rotación. Dichos alabes son regulables desde el exte rior mediante una manivela. La parte anterior de la tobera que
cado junto a la boca del quemador, imprime al Huido gas o aire que circula por el circuito exterior de enfriamiento, un movi
en caso de marcha mixta. Un anillo con alabes inclinados, colo
una entrada de aire primario para la combustión del fuel-oil,
partes: la anterior, que penetra en el horno y la posterior, donde va fijado el quemador. Esta última dispone de una nueva entrada de gas en el circuito exterior entre la tobera y el quemador, y
La lobera, donde se introduce el quemador, consta de dos
flexible.
276
GAS NATURAL
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\?.yo--v-':0 o
Llegadas de fuel-oil
Circuito interior
Legadas dc gas
277
ducción por campaña debería, pues, mejorar.
ducción y observación, principalmente, del interior del horno, los incidentes y paros de la producción se reducen. La pro
puede mantenerse con cl gas. A causa de la facilidad de con
• La capacidad de producción de los hornos en marcha normal,
zación.
de vista de la transmisión de calor en la zona de clinkeri-
• La naturaleza del gas presenta inconvenientes bajo el punto
jorar el rendimiento de combustión.
• La combustión de gas, sin aire primario frío, contribuye a me
ciones:
riados a causa de la variedad de primeras materias, de hornos y de combustibles. Para resumir, los datos recogidos en hornos utilizando gas natural, permiten establecer las siguientes condi
Los resultados de la utilización de gas natural son muy va
Más adelante, citamos algunos ejemplos.
Naturalmente, existen otros tipos de quemadores para hor nos rotativos basados, más o menos, en los mismos principios.
apoyado sobre chasis, rodando por el suelo. (Cortesía de Cénit, S. A.)
Fig. 96. — Esquema de quemador de gas para horno rotativo de cemento
Tobera quiwiador
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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GAS NATURAL
278
9 No se observan variaciones en el comportamiento de los re
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
•
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279
sible. Se presenta incluso como un inconveniente, obligando
inyección de gas natural a gran velocidad por una tobera pro vista de un gran número de orificios, generalmente dispues tos en arcos de círculo excéntricos hacia abajo respecto al eje del horno; las presiones de inyección varían de 3 a 9
a añadir más yeso al clínker.
kg/cm2, según las instalaciones;
fractarios.
• El interés de la débil proporción de azufre del gas no es sen
• En lo que se refiere a la captación de polvo, se considera el aumento de volumen de los humos como un inconveniente y,
por el contrario, la proporción más elevada en vapor dc agua como un factor favorable.
Teniendo en cuenta que la participación del combustible en el precio de coste del cemento es del orden de la tercera parte, la utilización óptima de las calorías es imperativa. El precio del combustible es un factor determinante. El consumo específico
de calor, según el procedimiento de fabricación (vía seca o hú meda), y los tipos y tamaño de los hornos es del orden de 800 a 1 500 kcal/kg.
Teóricamente, teniendo en cuenta que el volumen de humos en la combustión estequiométrica del gas natural es de 3 a 5 °/o superior al del fue-oil, y de 10 % respecto al carbón, las pérdidas por los humos serían, a igualdad de las demás circunstancias, un poco más elevadas, lo que conduciría a un consumo específico ligeramente superior. Pero puesto que cl gas natural permite una combustión completa con un exceso de aire inferior a los demás combustibles sólidos y líquidos, se compensa largamente esa desventaja teórica. La experiencia industrial ha revelado que era posible mantener el mismo consumo térmico específico que con otros combustibles, e incluso reducirse sensiblemente.
Todas las conversiones efectuadas, a partir de conceptos a veces bastante diferentes, han demostrado la importancia de la manera dc inyectar cl gas en la cabeza del horno: ésta debe per mitir una mezcla perfectamente homogénea del aire y cl gas, a fin de efectuar una combustión completa sin inquemados, al mis mo tiempo que la obtención de una llama de longitud convenien
•
inyección, en el eje del horno, de un chorro de gas muy divi dido o en llama delgada de forma cónica, dando lugar a una
llama axial con buena luminosidad. Las presiones de inyec ción son del orden de 1 kg/cm2.
La concordancia de resultados que se obtienen con estas dos
técnicas, la primera basada en una llama de fuerte impulsión, pero poco brillante, y la segunda en una llama luminosa, muestra que la radiación de la llama no tiene, en los hornos de cemento,
la importancia que normalmente se le atribuye. La complejidad de los intercambios térmicos que reúnen en este tipo de horno todos los medios de transmisión de calor:
conductibilidad, convección y radiación, llevan a pensar que, en efecto, la parte de radiación directa de la llama está lejos de ser preponderante, siendo, por el contrario, muy importante la radia ción de las paredes sobre la carga. Por otro lado, la presencia en los hornos dc polvo en suspensión, añade al poder emisivo de la llama cl de partículas en suspensión. En ningún caso ha sido posible atribuir a la mayor o menor luminosidad de la llama una influencia sobre el consumo específico.
Conviene destacar que el gas natural puede utilizarse fácil mente en marcha mixta con otros combustibles, especialmente con el carbón pulverizado, lo que permite una gran elasticidad
de marcha. También puede utilizarse con doble equipo para gas y fuel-oil, pudiendo retirarse del horno uno u otro equipo cuando no es necesario. Esta solución permite establecer contratos de
suministro interrumpibles, en las mejores condiciones.
te, cuya zona más caliente se sitúa correctamente con relación
Debe destacarse también, y ello es una ventaja no desprecia ble, que con la marcha al gas natural puro se mejora el rendi
a la zona de clinkerización.
miento de las instalaciones de separación de polvo.
Las soluciones utilizadas se inspiran en dos principios técni cos que proporcionan resultados satisfactorios:
GAS NATURAL
280
APLICACIONES INDUSTRIALES
281
Ejemplos:
una zona del horno relativamente estrecha. Es necesario que en
A)
ese punto exacto el calor desprendido por la llama sea máximo, y que la temperatura del clínker sea del orden de 1400 a 1500° C.
Quemador de llama rotativa en horno de cemento
Un original y sencillo quemador de gas fue adoptado con
Por otra parte, la composición de la pasta, tanto física como
excelentes resultados en un horno rotativo de cemento de 1 500
t/día de capacidad de producción. El quemador utiliza única mente gas natural para la cocción. Se suprimió totalmente el
químicamente, no es nunca la misma. Desde luego, en la explo
aire primario; sólo el aire secundario procedente del enfriador basta a la combustión total del gas.
a los datos teóricos y que sean a la vez homogéneas y constan
La tobera utilizada es muy sencilla (ver esquema de la lígu la 97). Está compuesta de un tubo de diámetro interior dc 150 mm
y de un cono divergente, pudiendo desplazarse longitudinalmente en su interior hasta el extremo del tubo por medio dc un siste ma dc tornillo con manivela accionada desde cl exterior. Solda
das sobre el exterior del cono están colocadas cuatro aletas, cuyo diámetro exterior de 149 mm permite desplazarlas en el interior del tubo de 150 mm. Dichas aletas provocan al gas que circula por el interior del tubo un movimiento de rotación saliendo por el estrecho espacio anular comprendido entre el cono y el ex tremo del tubo formando una llama laminar delgada y luminosa
a partir de 0,5 m alrededor del cono. El conjunto está refrige
tación se pretenden obtener pastas que se ajusten lo más posible tes. A pesar dc ello, subsisten siempre pequeñas variaciones de aptitud a la cocción que obligan a variar el caudal de gas para obtener un resultado satisfactorio. Con cl fin de que no cambie
la posición dc la zona dc cocción, hace falta, necesariamente, en ese momento, ajustar la posición del cono para que la presión quede constante.
Después dc numerosas modificaciones dc la tobera, se ha lle gado a un conjunto de calentamiento que permite cocer el material en condiciones por lo menos iguales a las obtenidas anteriormenle con el fuel-oil. La ventaja principal de ese que
mador es la gran simplificación del aparato y su bajo precio de coste. Un dispositivo de suspensión por carriles permite retirar rápida y automáticamente la tobera del horno.
rado por una camisa con circulación dc agua.
El rendimiento de la instalación puede considerarse satisfac Alabas illroi lilccs ,1.-1 „.'-.
toriamente. En promedio, con una producción de 1 400 t/día, el consumo específico oscila entre 830 y 850 termias por tonelada de clínker. Este consumo pudo descenderse a 815 termias/t du rante varios días. Se espera conseguir 800 termias cuando todo esté a punto.
B) llegada
Fig. 97.— Esquema de quemador dc gas para horno rotativo de cemento.
Quemador de dos etapas para horno rotativo de cemento
Este quemador pretende, y consigue, la formación de una llama lo más luminosa posible. El quemador está constituido esencialmente de dos partes:
Cuando se varía el caudal de gas sin cambiar la posición del
•
Una cámara en la cual cl 25 % del gas del quemador se mez cla con aire frío o ligeramente caliente para obtener una llama primaria estabilizada por un disco.
•
Un tubo desembocando en el centro de esc disco, que permite
cono respecto al tubo, la presión varía. Por ello, la forma de
la llama varía y cambia la posición de la zona de cocción. Ello es muy importante en los hornos de cemento, donde hace falta que la clinkerización o vitrificación de la materia se realice en
introducir cl 75 °b restante del cas en una zona de remolinos
282
GAS NATURAL
donde se craquiza parcialmente para quemar después en el horno con el aire caliente procedente del recuperador, for
APLICACIONES INDUSTRIALES
283
la temperatura alcanza 1450° C aproximadamente, lo que se pro
mando una llama estable y luminosa.
duce en la zona baja del horno.
Sin entrar en detalle de las características dc un horno rota
dor situado bajo el horno (longitud 15 m, diámetro 3 m) donde cede la mayor parte del calor que contiene al aire soplado. Este
tivo de cemento, recordemos que se trata de un cilindro de cha
pa gruesa de un diámetro de 2,3 a 4 m, de una longitud variable entre 50 y 170 m, que gira alrededor de su eje a una velocidad de 0,5 a 2 vueltas/min, aproximadamente.
El clínker obtenido se evacúa a un refrigerador o recupera
aire caliente se emplea como comburente en el horno rotativo
y en el secador de crudo, y como fluido caliente en el secador de carbón.
El quemador se introduce por la extremidad inferior del hor
no y se dispone de forma que la parte de la llama a alta tempe ratura esté situada en la zona donde se desea efectuar la cocción,
El horno rotativo está calentado simultáneamente con gas
natural y carbón pulverizado (1/3 gas, 2/3 carbón), pero puede
que necesita 1 400 a 1 450° C. El objetivo radica en obtener una
funcionar con sólo uno de ambos combustibles.
llama en esta parte del horno, con un rendimiento máximo.
El consumo específico es de 900 kcal/kg, aproximadamente. La llegada al horno del gas y del carbón pulverizado arrastrado por aire, puede hacerse por la misma tobera, o por dos toberas
El horno que se equipó con este quemador es un horno rota tivo funcionando en vía húmeda, produciendo 320 l/día dc clínker.
diferentes colocadas una encima de la otra. El aire de combus
2 400 m'/h de gas natural; cl aire secundario se introduce alre
tión está suministrado por el enfriador de clínker. El gas se regula en la cámara de recepción a 7 kg/cm2 relativos, y se ad mite en el horno a esa presión. El carbón, después de secado y
próxima a 600° C; la combustión se efectúa con un exceso dc
aire necesario para la combustión).
La potencia calorífica instalada es de 20 000 termias/h, o sea
dedor del quemador a la velocidad de 4 m/s y a una temperatura
aire del orden dc 15 °o. El consumo específico de calor es prác ticamente cl mismo obtenido con cl anterior quemador de fuel-oil.
C) Empleo de gas natural en un horno de cemento, utilizando carbón pulverizado
La cocción del cemento se efectúa por vía seca en un horno rotativo, produciendo 1400 l/día de clínker.
El horno tiene 65 m dc largo y está ligeramente inclinado
sobre la horizontal. Su diámetro exterior es de 4,4 men su parte
pulverizado, se transporta al horno por medio de aire (10 % del La marcha mixta gas-carbón ha permitido obtener resultados particularmente interesantes. La influencia del gas en estos re
sultados no es despreciable. Gracias a la facilidad de regulación, la llama, de longitud y luminosidad deseadas, se consigue fácil mente. Esta cualidad permite, si es necesario, desplazar o mo dificar rápida y fácilmente la zona de combustión.
La marcha a gas es excepcional. Durante los períodos en que ha sido empleada se ha podido comprobar una precisión y ra pidez de regulación, una conducción fácil y un rendimiento al menos tan bueno como en la marcha mixta.
superior (carga) y de 4 m en su parte inferior (lado quemador).
Está revestido de ladrillos refractarios aislantes, salvo en la par
le inferior (zona de cocción), donde está revestido de refracta-
5.5.
y el movimiento de rotación. La clinkerización finaliza cuando
La industria del vidrio utiliza cantidades importantes de ga ses ricos, propano o gas manufacturado, para la mayoría de
nos dc magnesio. La cocción se hace en contra-corriente, y el des plazamiento de la carga por acción combinada de la pendiente
Gas natural en la industria del vidrio
operaciones anexas a la fusión (fceders, máquinas automáticas,
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284
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GAS NATURAL
hornos de recocer y decorar, etc.). La disponibilidad de gas na tural permite no sólo utilizarlo en esas operaciones, sino realizar en condiciones competitivas el calentamiento de los hornos de
APLICACIONES INDUSTRIALES
Los hornos de balsa pueden ser de dos tipos: •
crisoles y de balsa. 5.5.1.
orificios de llegada citados. El recorrido de la llama es pues
Los hornos de balsa están constituidos esencialmente por una lar, cubierta de una bóveda aplanada. Sus dimensiones varían enormemente: se valoran generalmente por la superficie del
baño de fusión, que es de 10 a 100 m2 para el vidrio hueco y que puede alcanzar hasta 500 m2 para el vidrio plano. La capacidad dc producción que se expresa en t por m2, es del orden de 1 para cl vidrio plano y dc 2 a 2,5 para el vidrio hueco. Las primeras materias se introducen por uno de sus extremos, estando el otro unido a unos canales, llamados «feeders», donde
el vidrio se derrama por gravedad hacia las máquinas de fabri cación. Para el vidrio plano, el extremo de extracción está pro visto de un sifón de donde unos rodillos lo extraen y estiran en forma de lámina plana, también puede obtenerse por flotación.
El horno dc balsa está generalmente provisto de recuperado res o regeneradores, donde se calienta el aire de combustión por recuperación de una parte del calor dc los humos.
El equipo de calentamiento consta de unos inyectores de com bustible, los cuales desembocan en el horno en la proximidad de
Hornos de calentamiento en bucle o herradura, en los cuales los orificios de llegada de aire y de combustible están colo
cados en uno de los lados menores del rectángulo. La llama se desarrolla en forma de bucle para volver sobre ella misma y evacuarse por canales situados en el mismo lado que los
Hornos de balsa
cuba en material refractario, de forma generalmente rectangu
285
sensiblemente igual al doble de la longitud de la balsa. •
Hornos de calentamiento transversal, en los cuales los orifi
cios de llegada están colocados a lo largo de uno de los lados mayores del rectángulo, y los orificios de evacuación están colocados en el lado mayor opuesto, por lo que la llama, en este caso, sólo dispone para su desarrollo de la anchura de la balsa.
La característica de la transmisión de calor en este tipo de horno es la preponderancia (como en todos los hornos de
reverbero) de la radiación sobre la convección, por las ra zones siguientes:
• El vidrio es mal conductor del calor, por el contraio, es trans
parente; por ello, sólo la radiación puede alcanzar las. capas profundas de la masa y, por consiguiente, calentar el baño en todo su espesor y no solamente su superficie. • Las corrientes de convección son perjudiciales a la calidad del vidrio, ya que entrañan el riesgo de arrastrar hacia la sa
lida, antes de su fusión completa, partículas de materias pri
los canales de refractario de llegada del aire de combustión pro
mas, que producirían en las piezas fabricadas un defecto o tara que se denomina «grano».
cedente dc los dispositivos dc recuperación. La llama se desarro
La llama debe ser:
lla entre la bóveda y la superficie del baño, y los productos de combustión se evacúan por orificios apropiados. En los hornos de regeneradores, los mismos orificios sirven
alternativamente para la introducción del aire caliente y para la salida de los humos, de acuerdo con los ciclos dc inversión del horno. En los hornos con recuperadores, los orificios de admisión
dc aire y los de evacuación de humos son distintos, puesto que la recuperación del calor se efectúa dc manera continua a tra vés dc paredes dc refractario que separan ambos Huidos.
• Caliente: para que su elevada temperatura pueda producir el máximo de partículas radiantes, y favorecer la evolución del proceso dc disociación dc los hidrocarburos y demás fe nómenos exotérmicos.
• Voluminosa: con objeto de llenar el horno y calentar unifor memente todas sus partes.
• Suave: para poder adaptarse fácilmente a la forma del horno sin causar la destrucción de determinadas partes del refrac tario por la acción del dardo dc la llama.
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GAS NATURAL
286
APLICACIONES INDUSTRIALES
• Luminosa: para permitir su penetración por radiación en el
te en el horno. Una llama de ese tipo (sin mezcla previa), lla mada de difusión, tiene un alto poder emisivo.
baño.
• Fácil de regular: para poder producir una atmósfera oxidante o reductora y prevenir la formación de defectos en el vidrio o
•
un ataque grave del refractario.
Al ser metano el principal constituyente del gas natural, las
aumenta con el precalentamiento del aire. Los volúmenes de aire y gas medidos a 15 °C están en relación 10 a 1; las tempera turas, densidades y velocidades de ambos fluidos son sensible mente diferentes en el quemador, por lo que resulta difícil con seguir una mezcla íntima y rápida. Si no se consigue evitarlo, se corre el riesgo, teniendo en cuenta la débil velocidad de propa gación de la llama del metano, que ésta se prolongue más allá de los límites autorizados por la construcción del horno y penetre en el recuperador o regenerador. El metano, como todos los demás hidrocarburos de cadena corta, da una llama no luminosa. Puede, sin embargo, conseguir se una llama luminosa si se le disocia (cracking) antes de la com
bustión o al inicio dc ésla. La disociación produce la formación de partículas de carbono libre que dan a la llama un gran poder dc radiación. La disociación es fácil dc conseguir en los hornos con regenerador, gracias al rccalentamiento del aire a una tem peratura próxima a los 1000°C. No sucede lo mismo en los hornos con recuperador, donde la temperatura del aire apenas sobrepasa los 650 °C. Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, es nece
sario que la llama de gas presente las siguientes características:
•
La mezcla del aire y del gas debe realizarse desde el momento dc su introducción en el horno. De lo contrario, la llama es
demasiado larga y la combustión no termina hasta la entrada dc los regeneradores. •
Un recalentamiento progresivo y relativamente lento del aire y del gas debe permitir a la llama desarrollarse completamen
La posición, forma y velocidad del chorro de gas deben ser tales que favorezcan la formación de partículas de carbono por disociación térmica, ayudados por la inyección de cierta cantidad de gas al abrigo del aire en una zona de alta tempe ratura.
características de combustión de dicho gas son las que condicio nan su utilización. Su velocidad de combustión es baja, alcanzan do su valor máximo en el caso de mezcla aire-gas teórica, que
287
Se han adoptado diversas soluciones, en los hornos de balsa,
para la introducción dc aire y de gas, con objeto de satisfacer esas condiciones.
Las disposiciones más corrientes, tanto en los hornos de bu
cle como en los de calentamiento transversal, son las siguientes: •
Los orificios de inyección del gas se colocan en la parte late* ral del conducto de llegada de aire, formando entre ellos un
ángulo de convergencia de unos 98° (esquema fig. 98 solu ción A).
•
Los orificios de inyección se colocan, bajo el conducto de lie.
gada de aire, entre éste y el nivel del vidrio (esquema fig. 98 solución B).
Estas disposiciones son recomendables para cl gas na
tural, con la única condición de que la geometría dc los quema dores permita una difusión del gas en la corriente del aire, de tal forma que la mezcla se produzca lo más cerca posible de la entrada de la balsa.
Los inyectores dc gas natural presentan las características siguientes:
• En cl caso de que estén colocados a uno y otro lado del con ducto de llegada del aire, se utilizan inyectores cilindricos, cuya convergencia produce, a partir del punto donde se cru
zan los chorros, una llama única, ampliamente expansiva, que llena completamente la totalidad del volumen del conducto
dc aire. Esta llama es bastante luminosa, ya que encontrán dose encerrada en ella una porción de gas sin quemar, se ca lienta y disocia antes de su difusión en el aire.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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GAS NATURAL
288
un exceso de aire inferior al que es necesario para el fuel-oil. Con excesos de aire respectivamente del 5 °/o y del 15 °/o, las tempe
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raturas teóricas de combustión son sensiblemente las mismas
para el gas natural que para el fuel-oil.
Por otra parte, es relativamente fácil obtener llamas de difu sión de gas natural cuyo factor de misión sea de 0,5. Este valor, aunque inferior al factor de misión de la llama del fuel-oil, está próximo al óptimo de radiación, que se sitúa alrededor de 0,45. Cuando los dispositivos de inyección dc gas natural se han escogido correctamente y se han adaptado a las características tecnológicas de los hornos, es posible obtener llamas de gas na tural de resultados próximos a los que se obtienen con el fuel-oil. Los consumos específicos de gas están comprendidos entre 1 500 y 2 500 kcal/kg. ^^H
5.5.2.
s
Hornos de crisoles
Los crisoles, abiertos o cerrados, en los que se efectúa la fu sión del vidrio se colocan sobre la solera del horno, cubierto por una bóveda y normalmente provisto de regeneradores o recupe
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radores.
p¿m •
Contrariamente a los hornos de balsa, los hornos de crisol
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tienen un régimen de producción discontinuo, que comprende las fases siguientes:
Solución A
Solución B
•
Carga de los crisoles.
•
Fusión.
•
Extracción del vidrio para fabricación.
Fig. 98
•
En los demás casos, el inyector de gas produce un chorro de forma cónica, cuya geometría se determina de manera que la mezcla dc aire y gas esté prácticamente terminada cuando el conducto de aire desemboca en el horno.
Dc acuerdo con los cálculos teóricos, en las mismas condicio
nes de funcionamiento, temperatura y relación aire-combustible, el fuel-oil tendría un rendimiento térmico superior al del gas, ya que su temperatura teórica de combustión es más elevada y el poder emisivo de la llama es mayor. En la práctica, puede ocurrir de otra manera: el metano puede quemarse completamente con
Los inyectores de combustible colocados próximos a las lle gadas del aire producen una llama que se desarrolla entre la bóveda y los crisoles. La posición dc esos inyectores varía según la forma, las dimensiones y la tecnología de los hornos, los cua les presentan gran variedad: pueden colocarse en el centro de la solera, en la bóveda o sobre los lados. Lo esencial es que la dis posición escogida asegure una mezcla completa y suficientemente rápida del aire y del gas, y produzca una llama suave y envol-
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
vente. Por el contrario, no es necesario que la llama sea luminosa. El calentamiento se efectúa principalmente por convección en tre la pared de los crisoles y la llama: ésta debe circular alrede dor de los crisoles antes dc salir por los conductos de evacua ción dispuestos generalmente al nivel de la solera. Se produce, además, una radiación de la bóveda del horno a la parte supe
fabricar, comprendida entre 1 150 °C y 1 250 °C. La temperatura determina la viscosidad del vidrio y debe regularse con preci sión, de forma que el peso de la gota que sale del orificio de co lada sea rigurosamente constante. Para obtener este resultado deben repartirse a lo largo de cada canal de distribución una serie de pequeños quemadores individuales. Los quemadores deben alimentarse con la mezcla previa aire-gas, preparada en di
290
rior de los crisoles.
La elección dc los quemadores es importante a fin dc obte ner una llama suave, envolvente y cuya longitud pueda ajustarse perfectamente a las dimensiones de la cámara de combustión, que acostumbra a ser reducida. Con inyectores de llama cónica se efectúa una mezcla suficientemente rápida del gas con el aire
frío o caliente, según que el horno esté provisto o no de recupe radores; por otra parte, se puede ajustar con precisión la longi tud de la llama, puesto que ese tipo de inyector permite, a caudal constante, variar la velocidad dc salida.
El gas permite una regulación con un mínimo exceso de aire;
desde luego, los crisoles están menos expuestos a los golpes de fuego y su duración de vida es mayor. 5.5.3.
Operaciones anexas a la fusión
Para estas operaciones el gas natural se encuentra en compe tencia no sólo con el fuel-oil, sino con otros gases ricos, corrien temente gas manufacturado o propano. Dichas operaciones se efectúan bien en el interior de un re
cinto (calentamiento de «leeders», arcas de recocer y decorar, de rccalentamicnlo) o bien al aire libre, por acción directa de la llama sobre el producto (requemado, corle o formas diversas). * Calentamiento de feeders Los leeders o canales de distribución reciben el vidrio del
horno de fusión a I 300°C, aproximadamente, y lo dirigen hacia las máquinas automáticas en donde se distribuyen gola a gota.
El vidrio debe mantenerse a una temperatura muy precisa, variable según la naturaleza del vidrio y el peso de las piezas a
291
ferentes tipos de mezcladores.
La utilización del gas natural no presenta dificultad alguna en la sustitución dc los otros gases ricos, puesto que la obra de refractario caliente actúa como excelente dispositivo de estabi lización de llama. Basta regular el dispositivo de mezcla de acuerdo con las características del nuevo gas. El cambio de gas puede hacerse sin parar la producción. •
Calentamiento de arcas de recocer
El recocido del vidrio consiste en calentar las piezas fabrica das hasta una temperatura próxima a 600 °C, suficiente para des truir las tensiones internas que se hayan producido. Este reca lentamiento está seguido de un enfriamiento controlado, lento al principio, luego rápido. Esta operación se realiza corriente mente en túneles de marcha continua: generalmente hay una arca por máquina, de manera que su carga sea homogénea.
El gas se presta muy bien a la realización de tal ciclo, puesto que es posible dividir las zonas de calentamiento para asegurar, en cada puesto del túnel, el aporte calorífico exactamente necesa rio. Se utilizan dos técnicas indistintamente: el calentamiento
indirecto o de atmósferas distintas, que supone la existencia de una mufla donde las piezas se encuentran protegidas del contac to con los productos dc combustión; y cl calentamiento direc to, o en atmósfera común, donde los productos de combustión circulan libremente alrededor de las piezas. La primera técnica, que se impone con la utilización del fuel-
oil y de combustibles dc alta proporción de azufre, no tiene razón de ser con el gas natural: con éste no es de temer la for
mación de «blanco de arca» para proporciones inferiores a 10 mg por termia (1 000 kcal), lo que es corriente en los gases naturales
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
292
que se distribuyen en España. La supresión de la mufla simpli fica notablemente la combustión en las arcas y mejora sensible mente el rendimiento térmico; esta mejora puede ser, según los casos, dc 25 % a un 50 %. Aun en el caso de que se estime nece
sario poner las piezas fuera del contacto de los gases de com-
•
293
Recalentamiento de piezas
Este tipo de horno sólo existe en vidrierías donde las piezas se fabrican a mano: esta operación es larga y exige calentamien
tos periódicos para dar a la pieza en fabricación la plasticidad
busión, el gas natural permite eliminar la mufla, puesto que pue de emplearse el calentamiento con tubos radiantes, que con un rendimiento ligeramente inferior al calentamiento directo, aun
necesaria.
que superior a la mufla, presenta las mismas ventajas que este
extremidad y calentados a una temperatura entre 1 200° y 1 300°, por uno o varios quemadores dispuestos tangencialmente a la pared interior del horno, la cual transmite el calor a las piezas,
último.
El equipo o conversión dc las arcas de recocer al gas natural necesita ciertas precauciones, según el tipo de quemadores em pleados. Los quemadores con cono de refractario constituyen un dispositivo de estabilización dc llama suficiente. Por el contrario, las rampas transversales de calentamiento, dispuestas bajo el tapiz transportador, tienen que ir provistas de dispositivos de estabilización.
9
Calentamiento de arcas de decorar
El decorado se realiza por vitrificación de esmaltes cerámicos colocados sobre el vidrio. Esos esmaltes serán tanto más adhe
Los hornos de recalentamiento son, generalmente, pequeños hornos de forma cilindrica de eje horizontal abiertos por una
principalmente por radiación.
El empleo de gas natural en estos hornos supone la adapta ción del quemador o quemadores. Se trata, generalmente, de que madores de mezcla previa que se regulan según relación este quiométrica. Cuando esos quemadores ya existían quemando pro pano o butano, convendrá casi siempre agrandar los orificios de salida o colocar cabezales provistos de dispositivos estabiliza dores.
•
Operaciones al aire libre
rentes cuanto mayor sea la temperatura de su cocción, con la
En estas operaciones se produce un calentamiento localizado
única limitación de la temperatura de reblandecimiento del vi drio. La utilización de la radiación en pantallas radiantes de gas permite, no obstante, sobrepasar ligeramente dicha temperatura, puesto que la decoración cerámica es la única en absorber la energía de radiación, mientras que el soporte dc vidrio es trans parente y no la absorbe.
e intensivo. La llama ataca directamente una zona generalmente pequeña de la pieza, que debe alcanzar la temperatura de fusión rápidamente, para no afectar las zonas próximas con posibles
El calentamiento dc las arcas de decorar es totalmente aná
deformaciones.
Las características del gas natural, particularmente su velo cidad de deflagración, impone ciertas precauciones a los que madores.
logo al de las arcas de recocer, y puede llevarse a cabo en atmós fera común o en atmósferas separadas. El gas natural, gracias a su pureza, se presta perfectamente para el calentamiento en at mósfera común, ya que los productos de combustión no produ cen ninguna acción sensible sobre los esmaltes. Como en las ar cas dc recocer, puede recurrirse siempre al calentamiento por tubos radiantes.
Estos deben ajustarse a las dos condiciones siguientes: •
dar una llama estable con una velocidad de derrame de los
fluidos elevada; se caracteriza por la potencia específica, ex presada en kcal/h y cm2 de sección del quemador, que, nor malmente, es del orden de 10 000 kcal/h/cm2;
•
producir una llama de la máxima temperatura posible, cuyas dimensiones, bien definidas, sean constantes para una poten cia dada.
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GAS NATURAL APLICACIONES INDUSTRIALES
295
Para conseguirlo, la regulación de la combustión y la utiliza ción de un dispositivo de estabilización, a base de llamas auxilia res, compensan una temperatura teórica y una velocidad de de flagración ligeramente más débiles. Ejemplos:
Pocas referencias se encuentran referente a resultados de
explotación de hornos de balsa y de crisoles, porque los fabrican
tes de vidrio son muy celosos dc sus instalaciones y no quieren divulgar los resultados que han obtenido con quemadores de gas natural que, generalmente, ellos mismos han adaptado a sus hornos.
No obstante, describiremos la conversión de los hornos de
fusión y recocido de vidrio para la fabricación de vidrieras o ventanales artísticos.
Esos especialistas desecharon los métodos antiguos de pro
ducción de vidrios de colores, planos, cuyo trasluz sombrío se
acentuaba debido a las juntas de cemento. Tras muchos ensayos
decidieron utilizar vidrios gruesos de color que tallan con efecto prismático, a fin de dar vida, color y relieve a sus vidrieras Su
unión, igualmente modificada, vuelve a ser como antes, de plomo. El proceso de fabricación de las vidrieras consiste en dibu jar sobre papel el proyecto a escala, e iluminarlo a la acuarela
El problema planteado a principios de 1955 consistía en fa bricar el vidrio, ya que no encontraban en el mercado de la me
dida y colores deseados. Efectuaban entonces la fusión del vidrio, colocándolo en dados y recociendo éstos.
Todas estas operaciones se realizan actualmente con gas, con una producción de 40 t/año, gracias a los equipos que describi mos a continuación:
Horno de fusión: Se trata de un horno de 2 crisoles cerrados
conteniendo cada uno de ellos 70 kg, cuyas dimensiones exterio res son: largo 1,82 m; ancho: 1,28 m; alto: 1,35 m. El calenta miento de ese horno se efectúa con un quemador de aire insu
flado de baja presión, sin mezcla previa. El caudal del quemador es de 12 m3/h para mantener la temperatura entre 1300 y 1 360° C. El consumo de puesta en régimen es de 255 m3 en 72 ho ras. El aire destinado a la combustión se recalienta en un recu perador de acero refractario, colocado en el conducto horizontal
de evacuación de humos. Dicho aire llega al quemador a una tem peratura próxima a los 400° C.
Las medidas de seguridad consisten en cerrar la llegada del gas, por medio de una válvula electromagnética, en caso de falta
de presión de gas, de aire o de falta de corriente. Completan el equipo sistemas de alarma ópticos y sonoros. Los ventiladores
eléctricos para el aire de combustión están provistos de una ma nivela a mano que permite, en caso de corte de corriente, ali
Dicho proyecto se agranda a su tamaño natural sobre cartón lo que permite establecer una plantilla para cada vidrio y fijar el
mentar el quemador con aire y continuar la combustión lenta a
talla de piezas gruesas en los colores deseados, según la plantilla
soles. El control de temperatura se realiza con un pirómetro fijo.
espesor del alma de plomo de las uniones. El vidrio se corta yse
fin de evitar la pérdida de la colada y la deterioración de los cri
de cartón.
La producción de piezas de vidrio es del orden de 140 kg/día. La
Las piezas se ensamblan luego con las juntas de plomo y una vez montado el panel, se enmasillan con una masilla líquida que penetra en los intersticios (entre el plomo yel vidrio) yque una
colada se efectúa a mano con cuchara calibrada.
vez seco y solidificado, da una estanquidad total, aumentando
la solidez de la vidriera. Los ventanales obtenidos forman com posiciones robustas, con materiales gruesos, translúcidos y mull.colores, ensamblados por plomo reforzado de estaño; recogen cualqu.er luz, con colores degradados, agradables a la vista lle nos de diversidad y de vida.
Horno de recocer: El recocido de las piezas de vidrio se rea liza en un horno de 3 compartimientos. El calentamiento de cada compartimiento está asegurado por 2 quemadores de un caudal
total de 12 m3/h, del mismo tipo que el de los hornos de fusión, colocados en las paredes laterales. La carga del horno de 3 com partimientos es de 140 kg. El recocido debe hacerse a una tem peratura constante y el ciclo para cada compartimiento es de
una hora, aproximadamente. Estos hornos, en razón de su in termitencia, no van provistos de recuperador de calor.
296
GAS NATURAL
5.6.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Gas natural en la industria cerámica
Dada la diversidad de las fabricaciones cerámicas y el com plejo carácter fisicoquímico de las operaciones térmicas nece
sarias, la industria cerámica es una de las actividades en que la importancia del combustible es fundamental. La elección de éste
puede tener una influencia decisiva no solamente sobre el precio de coste, sino también sobre la calidad de los productos fabri cados.
La primera materia base de la industria cerámica es la arcilla,
producto natural complejo, constituido esencialmente, en propor ciones variables, por aluminio y sílice asociadas a cierta cantidad
de impurezas, tales como cal, potasio, magnesio, sodio y óxido de hierro.
La diferencia entre los productos obtenidos proviene, en par te, de la composición de la arcilla de base y, en parte, de los pro cesos y temperaturas de cocción. A menudo se precisa una mez
cla previa de tierras de diferentes procedencias para mantener constantes las características de un producto.
297
En el cuadro siguiente se detallan las características princi pales de cocción de los diferentes productos cerámicos. Debe ob servarse que el gres ordinario y las porcelanas exigen un cambio de atmósfera durante la cocción.
La gran variedad de productos cerámicos, que van desde la ladrillería a la loza, refractarios, productos artísticos y porce lanas, exigen para cada uno de los productos características de cocción diferentes.
Las operaciones térmicas fundamentales exigidas para la fa
bricación de los diferentes productos son el secado y la cocción. 5.6.1.
Secado
Todos los productos a base de arcilla son manufacturados a
partir de una pasta obtenida por mezcla, trituración y amasado de tierras. Esta última operación necesita la adición de cierta cantidad de agua.
La finalidad del secado es eliminar gran parte de dicha agua, a fin de dar a las piezas manufacturadas una dureza suficiente para permitir su manipulación. Debe realizarse con precaución
Los grandes grupos cerámicos son:
para evitar deformaciones o fisuras provocadas por una evapo
•
ración demasiado rápida. En el curso de los últimos años se han conseguido grandes progresos en la aceleración del secado. Rea
Tierras cocidas
•
Lozas
•
Gres
•
Porcelanas
lizado anteriormente al aire libre, durante varios días, actual mente se efectúa en secaderos, más o menos mecanizados, en tiempos que pueden ser inferiores a una hora.
Las composiciones medias de estos productos son las si
Las técnicas de construcción de los secadores son de una gran
variedad: cámaras fijas con alimentación por vagonetas o por
guientes:
transportadores de jaulas, túneles continuos, etc. Sus caracterís Tierras cocidas
Pérdida al fuego Sílice total Alúmina Oxido de titanio Oxido de hierro Cal
Magnesio Potasio Sodio
Impurezas varias
15,8 45,0 14,4 0.8 5,1 15,6 0,7 2.2 0,2 0,2
ticas vienen esencialmente determinadas en función de las dimen Loza
6,9 68.5 20,2 0,5 0.6
0,6 0,3 1.3 0,6 0.5
Gres
6,7 67,0 19,7 1,2 1.9 0,3 0.4 1.8 0,3 0,7
Porcelana
0,1 73,3 21,5 0,1 0,3 1,3
siones de las piezas, del tonelaje y del circuito de los productos en la fábrica. Sean las que furen, el gas natural constituye un combustible particularmente apreciado. En la mayoría de los ca sos, y sin ningún inconveniente para el producto y el material, es posible efectuar un calentamiento directo, esto es, con una
mezcla de aire y de productos de combustión en el aire en pro porción de aire suficientemente elevada para poder considerarlo
1 3.4
como aire puro. El rendimiento térmico, en estos casos, es pró ximo al 100 %.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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El secado puede también hacerse, completamente o en parte, por radiación: con gas natural es relativamente fácil conseguir una combinación armónica entre radiación y convección que per mita una aceleración sensible del proceso, evitando todo riesgo
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del aire de enfriamiento.
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5.6.2.
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productos, presenta, no obstante, una gran diversidad según sea la naturaleza de las tierras, procesos de fabricación y tempera turas de cocción. La cocción, a través de un conjunto de modifi
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producto fabricado cierto número de cualidades como dureza, impermeabilidad, resistencia mecánica, aspecto, etc. Según los casos, puede realizarse en una o varias fases, y ello nos conduce a analizar separadamente, para cada tipo de cerámica, el pro
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ceso dc cocción, los hornos y cl empleo del gas natural.
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5.6.2.1. Productos de tierra cocida
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La cocción se efectúa, en este caso, en una sola operación du
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ratura comprendida entre 900 y 1050° C, y luego es enfriado len
tamente hasta la temperatura ambiente. La curva de temperatu ras debe, tanto en su parte ascendente como descendente, tener en cuenta las zonas críticas correspondientes a los puntos de transformación dc la arcilla y de la sílice.
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Cocción
Esta operación, cuyos principios son comunes a todos los
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En la cocción de todos los productos cerámicos, la curva de temperaturas correspondiente a una pieza cualquiera, tratada
sola, puede ser muy corta. La experiencia ha demostrado que el tiempo de cocción es del orden de una hora para muchos pro
ductos. En la práctica, cada pieza no se cuece sola; teniendo en cuenta que se cuece a la vez una carga más o menos importante y que el producto es mal conductor del calor y ofrece una im-
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
300
portante inercia térmica, la operación opone una resistencia con siderable a la subida de temperatura. La necesidad de hacer su
bir homogéneamente toda la carga obliga a aminorar el régimen de marcha. Este inconveniente queda agravado por la inevitable heterogeneidad de un horno de cocción, en el que la convección natural favorece siempre las partes altas en perjuicio de las ba
jas. El registro de las curvas de temperaturas tomadas en dife rentes puntos de la carga demuestra con evidencia el retraso que experimenta la parte inferior en la subida de temperatura, re traso que impone una disminución de marcha para permitir a los diferentes puntos de la carga que alcancen todos ellos el ni vel de temperatura máxima exigida por la cocción. Estas dificul tades son tanto mayores cuanto más amplias son las secciones de los hornos y más importantes los tonelajes tratados. La fa bricación de productos de tierra cocida se efectúa siempre en grandes partidas, con una densidad de carga máxima. La cocción resulla pues muy lenta, y se necesitan varios días para grandes unidades.
Sin entrar en detalles sobre los principios de construcción de los hornos de cocción empleados, distinguiremos dos grandes
301
heterogeneidad mencionada anteriormente, los combustibles lí quidos y gaseosos se inflaman en el momento mismo de su in yección en el horno, y queman sobre todo en la parte alta, que se encuentra favorecida en relación a la baja. Con el gas natural esta dificultad es todavía más sensible, debido a su débil densi
dad y a la rapidez de su mezcla con el aire. Para paliar esta di ficultad, se inyecta el gas natural a alta presión, con velocidades de salida superiores a las de inflamación, con lo que la combus tión no se inicia antes de que se igualen ambas velocidades. Esta solución es de gran simplicidad, pues el quemador de gas se re duce a un simple inyector y ha dado excelentes resultados.
Los consumos específicos de estos hornos varían en función de diversos factores: naturaleza del horno, clase de tierras y
productos, densidad de carga, temperatura de cocción, número y situación de los quemadores, regulación de la combustión, et cétera, pudiendo alcanzar cifras comprendidas entre 35 y 90 Nm'/t, cuya media se sitúa alrededor de 45 a 47 Nm3/l. El empleo del gas natural ha aportado mejoras muy impor tantes en el funcionamiento de estos hornos, mejoras debidas principalmente a:
tipos:
calidad de los productos,
• Hornos dc fuego móvil, como el Hoffmann, cl dc zig-zag, cl de •
disminución de rechazos de cocción,
cámaras paralelas, etc.
productividad,
Hornos túnel, cuyo empleo tiende a generalizarse.
condiciones de trabajo del personal, disminución de gastos de conservación.
Nos ocuparemos de examinar el problema dc sus equipos de combustión adaptados al gas. 5.6.2.3.
5.6.2.2.
Hornos dc fuego móvil
Estos hornos, de construcción antigua, fueron concebidos
para su funcionamiento con carbón. Progresivamente, el carbón fue abandonado por el fuel-oil o por el gas natural. La misma construcción impone la forma de empico de estos últimos dos combustibles, que sólo pueden introducirse por los orificios dispuestos en su bóveda para la introducción del carbón. La dificultad reside en el hecho de que así como éste, cayendo por gravedad, quedaba al pie de la carga, consiguiendo así la
liorno túnel
El horno túnel se presta a una mayor diversificación dc los equipos dc calentamiento. Sin embargo, teniendo en cuenta la importancia de la carga, su densidad y las secciones del horno, las condiciones equivalen a las del horno Hoffmann, puesto que no se dispone para desarrollar la combustión de los espacios pre vistos durante la carga entre los empilados de productos. Los pri meros hornos túnel se equiparon pues igual que los hornos Hoffmann, introduciendo el combustible por el techo, reforzando
la acción por medio de quemadores laterales, situados sobre las paredes laterales del horno, con cl fin de mejorar cl calentamiento
303
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
de las partes inferiores. Últimamente han aparecido en el mer cado (especialmente para la cocción de loza sanitaria) hornos túnel más racionales, con calentamiento vertical de abajo a arri ba por medio dc quemadores situados en la solera (ver ejemplo).
La primera materia es una arcilla más rica en sílice que la utilizada para la tierra cocida, con un contenido de impurezas
302
Poco a poco, los simples inyectores de gas de los hornos Hoffmann se han ido sustituyendo por otros, de combustión más racional, con alimentación separada de aire y gas, de forma que
pueda modelarse la llama y extenderla por toda la altura del horno. En algunos casos, se ha efectuado un reciclado de los hu mos con el fin de retardar la combustión y facilitar el calenta miento de la parte baja. También se han sustituido con indis cutible ventaja los quemadores ordinarios por quemadores de chorro «jet».
El registro de temperaturas en diferentes puntos de la carga, efectuada sobre los mismos hornos, equipados sucesivamente con diferentes tipos de quemadores, han demostrado la posible mejora de la isotermía del horno con beneficio directo del con
sumo de gas. Igualando la temperatura de la parte baja con la parte superior de la carga, es posible reducir el tiempo necesario
para alcanzar la temperatura de cocción en toda la carga, que se traduce en un aumento dc la producción y en una disminución del consumo específico de gas. Se produce, por otra parte, una mejora sensible de la calidad, que se manifiesta particularmente en las tejas, cuya coloración queda perfectamente uniforme. En cualquier caso, la adopción del gas natural produce una reducción en las inversiones, gracias a la simplicidad dc construc ción de sus quemadores y una disminución de los gastos dc ex plotación, debida a la supresión de los costes de mantenimiento. El gas natural se presta, además, a introducir una regulación automática, lo que se traduce en una reducción considerable de
mano dc obra para el funcionamiento y la vigilancia del horno y del proceso.
5.6.2.4. Productos cerámicos propiamente dichos: lozas y azulejos, gres
mucho menor (ver cuadro anterior de composiciones medias).
La cocción puede efectuarse, sea de una vez (esmaltado sobre crudo) sea en dos fases (esmaltado sobre producto de primera cocción o bizcocho). El decorado puede colocarse sobre el esmal
te y ser recocido con éste, o bien sobre el esmalte cocido y ori ginar una tercera cocción.
Las arcillas que se utilizan en la fabricación de los gres y por
celanas, generalmente llamadas kaolines, son semejantes a las precedentes. La diferencia esencial estriba en que, gracias a una cocción a temperatura más elevada, la pasta vitrifica en la masa y pierde toda porosidad sin necesidad de recurrir a una capa impermeable. En algunas calidades, sin embargo, se recurre al esmalte para obtener un aspecto más decorativo. Los tipos de hornos utilizados son similares para todos esos productos; no obstante, la calidad de los refractarios del horno debe ajustarse a las temperaturas que deben alcanzarse. Los hornos de cámara con hogares laterales son actualmente poco utilizados y tienden a desaparecer. No obstante, la conver sión a gas natural se efectúa con pleno éxito. Su transformación es muy sencilla: basta colocar un quemador en cada hogar su primiendo la parrilla de carbón o sustituyendo el quemador de fuel-oil. Los quemadores serán del tipo de alimentación separada de gas y aire, la cual permite ajustar las dimensiones de la llama a las características dc la cámara.
En los hornos túnel, como en los de alfarería, la carga a co cer se coloca sobre vagonetas o sobre placas deslizantes o rodi llos, y se desplaza en el interior del túnel, donde una circula ción metódica dc los humos y del aire de combustión asegura una doble recuperación:
•
de la zona de fuego, para el calentamiento progresivo dc la
y porcelanas
En general, las lozas pueden definirse como tierras cocidas cuya porosidad se ha suprimido por una capa llamada esmalte, que le confiere a la vez impermeabilidad y aspecto decorativo.
por utilización del calor que arrastran los humos a la salida carga;
•
por calentamiento del aire de combustión que atraviesa la zona de enfriamiento, recuperando el calor arrastrado por la carga cocida.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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305
GAS NATURAL
304
El ciclo correspondiente a este proceso se caracteriza por una
curva de temperaturas a lo largo del horno sobre lacual se sitúan las zonas de precalentamiento, cocción y enfriamiento. Dicha cur va de temperatura varía según el horno, el producto y el proceso
han permitido una reducción muy importante del tiempo de coc ción, gracias a sus dimensiones reducidas y a su facilidad de regulación.
los puntos dc transformaciones del producto. Debido a tales exigencias, el combustible empleado debe per mitir una regulación fácil y precisa, así como un reparto y una
Además, su elasticidad de marcha permite seguir las fluctua ciones de la producción mucho más fácilmente que el horno tú nel, del que constituye el elemento complementario. El horno túnel se adapta mejor a la producción de grandes series, que permiten una mayor homogeneidad de carga. El horno célula conviene más a las pequeñas series o a piezas especiales que exigen un ciclo de cocción apropiado.
mirablemente a estas exigencias.
El funcionamiento con gas puede ser completamente auto matizado: la marcha del horno puede ser programada en tiem pos, temperaturas y atmósferas, y la cocción llevada a cabo del principio al fin sin ninguna intervención manual.
de cocción. Debe tenerse en cuenta las distintas fases de cocción
y, en particular, las precauciones a tomar en las proximidades de
posición juiciosamente determinada de los quemadores para que aseguren, en cada punto del horno, el aporte de calor perfecta mente adaptado al ciclo de cocción. El gas natural se presta ad La disposición de los quemadores permite mejorar la isoter mía del horno, que se traduce por:
• aumento del porcentaje de productos de primera calidad, •
disminución de los rechazos.
Para conseguir estos resultados, consecuencia de la uniformi dad de temperaturas en la parte alta y baja de la carga, se ha recurrido a diversos dispositivos: quemadores en la bóveda con
inyección de gas-aire a presión, colocación de quemadores en las paredes laterales del horno, colocación de quemadores al nivel de la solera, con combustión vertical de abajo a arriba y, final mente, utilización dc los quemadores dc chorro a alta velocidad o quemadores «jet».
Por otro lado, la constancia de la composición del gas permite
de gres y porcelana, la cual exige una atmósfera reductora en un período del ciclo de cocción. También la pureza del combus tible y, sobre todo, la ausencia de azufre ha permitido la cocción
a fuego directo, suprimiendo la mulla, en ciertos hornos dedi cados especialmente a loza sanitaria, esmaltado, decorado y fa bricación de aisladores eléctricos de porcelana.
Finalmente, los hornos-célula constituyen un útil de trabajo
precioso para la industria cerámica. Especialmente concebidos r\
pasar por la zona de introducción de piezas, en la que aseguran su precalentamiento. La recuperación así realizada contribuye a mejorar el rendimiento global del horno.
Los hornos que hemos citado son los tipos más corrientes en la industria cerámica, pero existen otros tipos, algunos de los cuales son derivados de los anteriores:
una mejor regulación de la atmósfera necesaria para la cocción
lililí 7 : i n n n
La cocción de la decoración se efectúa en hornos fijos o en hornos túnel muflados de pequeña sección y de ciclo rápido, cuya marcha y conducción está enteramente automatizada. El calentamiento de estos hornos está realizado por un pequeño nú mero de quemadores. Los productos de la combustión circulan entre la pared exterior y la mufla que constituye la cámara de combustión: a su salida se evacúan a la atmósfera después de
i-e-; ricos: <'.)s natural nrop;uv< v butano.
Horno de cámara con solera móvil
Horno Horno Horno Horno
de zig-zag y derivados del Hoffmann de pasaje de baja y alta sección túnel, muflado y semimuflado de losetas muflado y de llama directa
Horno de rodillos
Horno de bandejas Horno rotativo para fusión y fritado de esmaltes Horno de balsa para fusión y fritado de esmaltes.
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306
T
GAS NATURAL
En todos ellos es posible y fácil su transformación a gas na tural.
Ejemplos:
tiguos.
A) Ladrillería moderna produciendo 750 t/día asegurada por un horno túnel de 300 t/día de ladrillos; un horno túnel de 220 t/día. El resto se produce en dos hornos Hoffmann an Todas las instalaciones existentes: hornos, secadores y gene
radores de vapor están alimentados por gas natural.
:
3,42 m 1,95 m
m
Vamos a describir el horno túnel y los quemadores del horno más moderno:
Anchura útil :
Longitud del horno: 102 Altura útil
: :
21 a 25 h, es decir, avance medio vagón cada 20 min, aprox.
Capacidad : 32 vagonetas Tipo de paso de cada vagoneta Producción diaria
variable de 280 a 300 t, según la densidad de los productos, es decir: 12 t/h, aprox.
Ver esquema (íig. 99).
Su particularidad reside en la construcción de la bóveda, muy ligera, plana y suspendida, empleando ladrillos refractarios lige ros, de densidad inferior a 1, lo que ha permitido establecer una estructura metálica de soporte con perfiles laminados normales de pequeña sección. Además, el buen aislamiento térmico de esos ladrillos (22 cm de espesor en la zona dc cocción) permite obtener un balance térmico muy satisfactorio. Los muros laterales de la zona de cocción han sido concebidos
también para obtener un excelente aislamiento. Están lormados
bóveda.
por 22 cm del material anterior. 22 cm de ladrillos «isoperlor», y los ladrillos rojos de revestimiento exterior, con un espesor de 29 cm, los cuales sirven de apovo a la esti ininia metálica de la
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
En la zona de precalentamiento de la carga se instalaron 18 quemadores de impulsión, con premezcla total aire-gas, con una potencia nominal de 1 850 termias/h. La velocidad de salida de los productos dc combustión es tal (120 m/s) que la subida de temperatura, tan delicada entre los 300 °C y los 700 °C, puede efectuarse rápidamente gracias a la excelente homogeneización dc la temperatura entre la solera y la bóveda del horno, contri buyendo de esta manera a la obtención de productos de un color completamente uniforme.
En la zona de cocción se han dispuesto verticalmente, en la bóveda, 12 hileras de 4 quemadores (48 en total) alimentados
308
309
también con aire pulsado, que permiten una combustión prácti camente sin llama visible y un perfecto equilibrio de la tempera tura en todos los puntos de la zona de cocción. Los 48 quemado res están repartidos en 6 zonas comprendiendo dos líneas de 4
quemadores cada una, regulada cada zona por un regulador de temperatura en conexión con unas electroválvulas de alimenta
ción de gas. Dc esta forma, la cocción puede garantizarse con gran precisión, y progresivamente, entre 800 y 955 °C.
2.
En la figura 100 se detalla esquemáticamente este tipo de que
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madores verticales.
En la zona de enfriamiento, donde se trata de llevar los pro
tLEGADA
ductos a la temperatura ambiente, recuperando al máximo el ca
DE GAS
lor que contienen, sin someterlos a variaciones brutales de tem peratura, el aire que circula por el interior del horno es tomado
í
en la bóveda por dos ventiladores y enviado a los quemadores •I
como comburente y parte al secadero.
HPnAHA LLEGADA
DE AIRE PULSADO
El consumo específico de calor no sobrepasa las 485 termias P.C.I/t para el conjunto de operaciones de la fabricación, secado y cocción. La mano de obra se reduce a 15 hombres repartidos en tres turnos. Toda la preparación de tierras, amasado, prensado y secado está completamente automatizada.
B) Fabricación de azulejos decorados
Se trata de la fabricación de azulejos de loza decorados y en relieve a escala industrial. Se producen 80 000 m2 de azulejos por mes, de una gama muy variada, comprendiendo unos 600 mode
los de una constante regularidad de dimensiones (108 X 108 mm) y dc buena calidad.
La cocción del bizcocho se efectúa en un horno túnel normal Fig. 100. — Quemador C. II. R. 1. C.
de llama directa, de una longitud de 90 ra, en el cual se calienta progresivamente hasta alrededor dc los 1250 °C, donde sufren
la transformación termoquímica necesaria, saliendo con la blan rr
ra
cura conveniente.
Métodos de control estadístico permiten mantener una cali
dad elevada del bizcocho, eliminando todo defecto. Los azulejos INYF.CTOIl
310
GAS NATURAL
lisos se dirigen hacia la decoración, los de relieve directamente al esmaltado.
La cocción de las piezas esmaltadas se realiza con dos hornos
muflados tipo Dressler, asegurando el calentamiento protegido de los gases de combustión (ver esquema de la lig. 101). La tem peratura de cocción es dc 1 070 °C, y las piezas pasan sucesiva mente a una antecámara de entrada y luego a la zona de preca lentamiento, equipada de un reciclado dc la atmósfera a fin de realizar la homogeneización de temperaturas entre la parte alta y baja de la carga.
Después de ia cocción pasan a una zona de enfriamiento equi
pada como el horno dc bizcocho: una zona de enfriamiento rápi do, una zona de enfriamiento lento y una zona de enfriamiento normal.
La zona de cocción está equipada de quemadores de pre-mezela gas-aire inducido, alimentados a una presión de gas de 1,5
1.
iVIuíla.
2. Cámara de combustión. 3. Circulación de aire de convec
4. Vagoneta. 5.
Quemadores.
6.
Pirómetro.
ción.
kg/cm3 efectivos. Los quemadores están reunidos en grupos y
Fig. 101.— Horno continuo tipo Dressler
sometidos a la acción de un regulador neumático de temperatura.
El conjunto de los aparatos de control y de regulación, así como los órganos de mando de los motores, están reunidos en un armario que agrupa todas las funciones, y permite, por medio de
esquemas sinópticos, situar cada uno de los aparatos en marcha. Un pupitre de mando facilita al personal la supresión de mar cha del horno.
C)
Cocción de cerámica sanitaria
La cerámica sanitaria comprende: lavabos, bidets, cubetas
de W.C., fregaderos, cubetas, placas de duchas e incluso bañeras completas. Todas las piezas son de gres esmaltado. La cocción se
realiza en un horno túnel de 130 m de largo de tipo muflado de dos pasos paralelos en un mismo sentido, calentado con gas en la zona de cocción por 3 líneas de quemadores verticales ascen
dentes (una línea axial entre las dos mullas y dos a lo largo de los exteriores de las mullas). En el esquema (fig. 102) se representa una sección transversal del horno en la zona de fuego.
1. Línea de quemadores verticales.
4. Cámara de acceso a los equipos
2. 3.
5.
Muda. Mulla.
de caldeo. Cámara de combustión.
Fig. 102. — Esquema de la sección transversal del horno túnel muflado.
1
I
312
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
T
313
Cada paso paralelo tiene una anchura de 1,30 m, y una altura de 0,80 a los pies derechos y 1 m en la clave de la bóveda.
pero está previsto un sistema de regulación automática de tem
La cocción se efectúa a 1 200 °C, aproximadamente (cono fusi ble n." 6), y el tiempo dc paso en el horno es actualmente de 48 horas. Este tiempo es el de la monococción de las piezas de gres grueso mientras que las piezas de gres fino se someten a dos pasadas de 48 horas cada una. Las vagonetas tienen una longi tud dc 2 m, y se introducen en el horno a razón de una cada 45 minutos. Las piezas se apilan, según su naturaleza, en soportes
Es todavía prematuro dar un balance de explotación del hor
refractarios sílico-aluminosos o en carburo de silicio.
Todo el horno va apoyado sobre unos pilares y estructura me tálica, bajo la solera del horno, en la zona de calentamiento, de forma que los quemadores colocados en el lecho sean accesibles
peraturas.
no y del consumo específico del mismo, ya que el horno cuya capacidad de producción prevista es de 35 t por día incrementa progresivamente su producción partiendo de la mitad de su car ga normal.
D) Secado por infrarrojos de piezas calibradas de porcelana Antes dc describir la instalación, que es una verdadera innova ción en la industria cerámica, es necesario recordar ciertos fe
nómenos físicos que caracterizan el secado de una pasta cerámica. Se trata de una operación cuya complejidad es debida a va
y fácilmente visitables.
rios factores de diferente orden:
El horno comporta 3 cámaras de combustión semiestancas equipadas con 3 líneas o hileras de quemadores de premezcla,
• constitución de la pasta (arcillas y agua),
alimentadas por mezcladores de aire inductor y gas reducido a
• tensiones internas producidas durante su preparación y su
presión atmosférica. El equipo de calentamiento instalado en cl
conjunto del horno es de 30 quemadores (3 hileras de 10) pero actualmente solamente funcionan 12.
El gas que llega de la estación de regulación a la presión dc 5 000 mm c.a. se reduce primero a 600 mm en un único regulador de presión para lodo el horno, y luego a la presión atmosférica por medio de 3 reguladores a cero que alimentaban los mezcla dores (1 por hilera de quemadores). El aire de combustión se suministra por 3 ventiladores centrífugos conectados en parale lo, de los cuales 2 están en servicio y olio de reserva. Cada una de las cámaras de combustión lleva un ventilador dc extracción
mecánica situado del lado de entrada al horno. No hay reciclado de los productos de combustión.
modelado,
• fuerzas multidircccionales puestas en juego por la contrac ción debida a la evaporación (en las pastas de porcelana es aproximadamente de un 5 %),
•
coeficiente de frotación sobre los moldes,
• variaciones de espesor en diferentes puntos de un mismo ob jeto.
Debido a todo ello, son muchos los factores que concurren a
la formación de grietas en la pieza, si no se presta una particular atención. El proceso de secado más corriente es el secado por aire caliente en secadores fijos o móviles. Este sistema, que tiene la ventaja dc la simplicidad, tiene el inconveniente de la dura
El encendido se efectúa manualmente a la puesta en servicio
ción del secado (con una uniformidad difícilmente realizable)
del horno, y como las cámaras de combustión están normalmente a 1400°C, no se han previsto detectores de llama. 1.a zona de
que inmoviliza un número importante de moldes para una misma
calentamiento tiene 22 m de longitud en el centro del horno.
pieza, con las consecuencias inmediatas del espacio ocupado, etc. La utilización de un secadero tratando las piezas por paso mecá
La regulación del horno se hace actualmente a mano a partir de un cuadro de mando situado en las proximidades del horno,
misión del calor. La radiación infrarroja que tiene la propiedad, cuando es absorbida, de liberar la energía calorífica en la misma,
nico era tentador, pero debía recurrirse a otro medio de trans
.
314
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GAS NATURAL APLICACIONES INDUSTRIALES
se adapta perfectamente a ese tipo de utilización, en la medida que se tiene en cuenta las características de absorción del pro ducto tratado.
Estas dependen:
•
3
319
petróleo (30 °/o) y para la síntesis del metanol (17 °/o). Estas pro porciones podrán variar en el futuro debido al uso creciente en
tratamientos de refinería, a la demanda creciente de metanol y a la extensión de la reducción directa ¡de mineral de hierro.
de la longitud de onda de la radiación emitida,
• del contenido de agua de las pastas,
• del ángulo de incidencia de radiación sobre las piezas, • de la distancia emisor-receptor. La particularidad del secador, que vamos a describir, estriba
5.7.2.2.
Amoníaco
Para la síntesis del amoníaco, el consumo específico del gas natural para el «steam reforming» es inferior al necesario para el «reforming» catalítico de la nafta o del fuel-oil. Ello explica la preponderancia que ha adquirido el gas natural en la producción.
en tener en cuenta los factores anteriores y utilizar los rayos infrarrojos de una manera racional.
El secador consiste en un horno túnel de 10 m de largo, re corrido por una cadena dc arrastre de los productos, en forma de S, con 3 hileras de elementos radiantes colocados encima dc
las 3 ramas dc la S. Estas hileras son móviles y regulables.
• en un plano vertical: ello permite regular su altura respecto a las piezas;
• en un plano horizontal: un sistema de cremallera permite cambiar las distancias de las hileras para ajustarías al tama ño de las piezas;
• alrededor de un eje longitudinal: unas guías permiten modi ficar la inclinación de los emisores.
La cadena lleva 210 carros individuales destinados a recibir
los moldes que descansan sobre un eje, cuya rotación uniforme es arrastrada automáticamente por el avance de la cadena.
El tiempo de paso de los productos puede variar de 4 min al infinito, siendo su límite práctico generalmente inferior a 4 min.
El retorno de la cadena se efectúa por el exterior del secador,
lo que permite el enfriamiento de los moldes antes de su paso delante de las máquinas de calibrar.
Hemos dicho que los emisores están dispuestos en 3 hileras
paralelas longitudinales correspondiendo al circuito de paso. Cada línea está compuesta de hecho de 4 emisores de 2 m, ali mentado cada uno poi mm mezclador de aire inducid- I :, llegada
5.7.2.3.
Metanol
El «reforming» al vapor produce también el metanol, que pre senta la misma relación molecular H/C que el metano. Ultima-
mente han sido puestos a punto procesos a baja presión que dis minuyen sensiblemente el consumo de energía y simplifican el esquema de la Planta. 5.7.2.4.
Acetileno
El acetileno ha tenido durante largo tiempo una especial im portancia como primera materia para numerosos procesos de
síntesis. El acetileno se produce del gas natural por «cracking» catalítico. Para mantener la competencia con el etileno, será pre ciso promover nuevas técnicas. El acetileno que se adapta mejor a las pequeñas capacidades que la química del etileno, permite realizar instalaciones «a medida» en función de las necesidades. 5.7.2.5.
Gas reductor
El gas reductor obtenido por «reforming» del gas natural se utiliza para la reducción directa del mineral en esponja de hierro.
En este aspecto presenta indudables ventajas para aquellos paí ses que disponen de importantes reservas de mineral de hierro, pero que no poseen carbones coquizables para tratarlo. Se están
desarrollando rápidamente varios procesos, entre los que han al canzado el nivel de explotación industrial los proceso Hyl, Midrex y Purofer.
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1
APLICACIONES INDUSTRIALES
321
GAS NATURAL
320
Los procesos de reducción directa de mineral de hierro pue den clasificarse en tres categorías: horno de cuba y de retortas, horno de lecho fluido y hornos rotativos.
La reducción directa en hornos de cuba procede de gases reduc
tores, obtenidos por «reforming» al vapor del gas natural y de la corriente eléctrica.
La reducción en lecho fluido procede del H2 puro, obtenido igualmente por «reforming» dc gas natural. Su puesta a punto no es todavía perfecta. La reducción directa en hornos rotativos parte de combusti bles sólidos, y aunque ha tenido varios fracasos en los últimos años, parece que se vislumbran esperanzas de éxito. La unidad dc producción, que para los hornos de cuba es de 450 000 t de esponja por año, para los hornos rotativos se encuentra a nivel de 150 000 l/año.
La inyección directa dc gas reductor caliente (900 a 1 000 °C) en el horno alto produce una disminución sensible del consumo
dc coque, que es reemplazado por el gas reductor, con lo que el horno alto se convierte en polivalente en cuanto se refiere a la elección de combustibles: coque, combustible auxiliar directo en las toberas (gas natural, combustibles líquidos o carbón pul verizado), y gas reformado obtenido a partir del gas natural. La inyección de gas reductor, aplicado en hornos altos, piloto
e industriales, ha demostrado su eficacia y permite abrir una nueva utilización del gas natural, liberando importantes canti dades de coque, combustible dc calidad que escasea. Tiene la ventaja de que se puede aplicar fácilmente a todos los hornos altos existentes.
El horno alto continuará pues siendo el útil básico para la fabricación dc acero en las siderúrgicas de los países desarrolla dos, puesto que su balance energético es cl mejor (consume me nos energía) y se adapta a varios combustibles y a diferentes calidades dc minerales. 5.7.2.6.
Proteínas
La producción de proteínas sintéticas para la alimentación del ganado alcanza un nivel prometedor. Una parle esencial de
esta producción estará basada en el gas natural por transforma ción directa o por síntesis previa de metanol. Serían necesarias 1,7 t de gas natural para elaborar 1 t de proteínas sintéticas. En 1980 la producción de Europa Occidental alcanzó las 600 000 t/año, de las cuales la mitad eran producidas por el gas natural.
Las proteínas sintéticas, obtenidas por un proceso de fabrica ción puesta a punto por la «Shell», tienen un contenido proteínico de alrededor del 70 °/o. Su valor nutritivo se aproxima a las mejores calidades de harina de pescado. Su empleo en los com puestos alimenticios sería comparable al practicado con el pes cado y la harina de soja. El proceso directo de «Shell» está basado en una tecnología de separación y cultivo de diferentes células de bacterias en pro porciones definidas. El gas natural es una primera materia muy interesante, y tiene la ventaja de que se necesitan prácticamente pocas operaciones de pretratamiento en comparación con otros procesos basados en la utilización de otros hidrocarburos.
La fermentación, que se produce a más de 42 °C, permitirá evacuar fácilmente el calor desarrollado en las unidades de pro ducción continua. El cultivo de bacterias se efectúa difundiendo una mezcla metano-aire en la solución acuosa conteniendo amo
níaco, fosfatos y trazas de otros elementos minerales. Se extrae
de forma continua una espuma que tiene en suspensión de 2 a 3 % de células bacteriológicas. Después de su separación, el licor se devuelve al fermentador, y los productos proteínicos se extraen bajo el aspecto de un queso blanco que se seca poste riormente. 5.7.2.7.
Azufre
Finalmente, la extracción del H2S del gas natural de los yaci mientos que lo contienen (Gas de Lacq), ha dado lugar al desa
rrollo de la química del azufre, con la producción de compuestos sulfurados que encuentran aplicación en la fabricación de mate rias plásticas, fibras sintéticas, textiles, alimentos para el ganado, colorantes, odorizantes, etc.
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
322
5.8.
Gas natural en industrias agrícolas y de alimentación
Las industrias agrícolas absorben más de la mitad de la ener
gía térmica utilizada en este sector, correspondiendo la mayor parte de las necesidades de combustible a las azucareras, destile rías y fábricas de productos lácteos. La principal aplicación del gas en las mismas reside en la producción de vapor y en las ope raciones de secado por calentamiento directo.
No parece que las industrias azucareras en España, tanto por su ubicación —si no están próximas a una red de distribución
de gas— como por su período interrumpido de actividad, puedan llegar a ser consumidoras importantes de gas natural.
Por el contrario, el gas resulta insustituible en la preparación
de productos en polvo (leche, café, huevos, etc.) por desecación directa de mezcla de aire y productos de combustión. También
es de gran utilidad para desecación de granos (maíz, trigo, etc.), y deshidratación de productos agrícolas para su conservación (yerba, gramíneas, pulpa de remolacha, maíz, etc.), para la ali mentación del ganado.
Al final de una campaña de deshidratación de vanados pro
ductos agrícolas, se comprobó un consumo de 231 m* de gas por tonelada de producto tratado. Esta cifra, evidentemente, es fun ción del promedio de humedades de los productos a secar.
Las industrias agrícolas y alimenticias, que transforman los
productos naturales dc la agricultura para suministrarlos al
323
•
necesita grandes cantidades de energía;
•
tiene lugar a temperaturas bajas, que permiten con los com bustibles gaseosos, rendimientos elevados; la tecnología de combustión del gas y de calentamiento de fluidos deberá adaptarse a todas las operaciones de secado.
•
La mayor parte de los vegetales contienen, en el momento de su recolección, demasiada agua para que su conservación sea buena. Es el caso de los cereales como el maíz, por ejemplo, que puede contener 35 % de agua en promedio y que debe bajarse a 15 % para su comercialización. Otros, como los forrajes, la re molacha y ciertas frutas, se cosechan verdes.
Desde luego, los procesos de fabricación de la industria de alimentación, proporcionan productos acabados secos, partien do de soluciones acuosas: azúcar, café, té, leche y huevos en polvo. Igualmente ciertos productos de confitería, como las ga lletas y los bizcochos, deben secarse en la fase final de su fabri cación.
El secado con aporte térmico consiste, generalmente, en ha
cer circular en contacto con el producto a tratar, aire o gases calientes. Existen gran variedad de secadores que se pueden cla sificar en:
•
secadores estáticos, en los cuales el producto tratado está inmóvil;
•
secadores continuos, donde el producto tratado se desplaza continuamente.
mercado, están en constante desarrollo.
Dichas industrias utilizan la energía, principalmente con fines
Entre los secados continuos se distinguen los secadores:
térmicos, para las operaciones de secado, lavado, esterilización,
•
en masa, o de capa gruesa;
torrefacción y cocción.
•
en capa delgada (rotativos, de tapiz, etc.) para los productos sólidos;
Los gases combustibles se utilizan mucho en las operaciones bien conocidas de torrefacción y cocción.
El campo de secado resulta particularmente importante para la utilización del gas, por varias razones:
•
de pulverización, para el tratamiento de líquidos, tratándose entonces de una evaporación casi total. El coste de la operación es función de las inversiones a efec
tuar y del consumo de gas, el cual toma una importancia cre ciente a causa del aumento del coste de la energía.
=1
GAS NATURAL
324
Los secadores de aire caliente tienen rendimientos térmicos
que dependen de la naturaleza del producto tratado y de las téc nicas utilizadas, y están situadas en la gama del 40 al 80 °/o. Para mejorar los rendimientos se recomiendan varias dispo siciones:
• controlar con precisión la operación; •
utilizar el aire a la mayor temperatura posible;
•
reciclar el aire cuando está poco saturado;
• recuperar el calor latente de condensación del vapor de agua extraído.
En la industria de la alimentación se nos ofrecen dos activi
dades en las fábricas de galletas, bizcochos, pastelería y pan, donde el gas se emplea en la calefacción de los hornos o en se
cadores para el secado y ahumado de jamones, salchichas y char cutería, y en las fábricas de pastas alimenticias, fábricas de con servas, cerveza, etc., donde se requiere el suministro de vapor o de agua caliente. Ejemplos:
A)
Secado de granos en calentamiento directo con gas
Una instalación de almacenamiento de granos de 413 000 quintales de capacidad, conteniendo más de un 50 % de maiz, alrededor de 20 % de colza y 20 % de trigo, somete a dichos gra nos a un secado antes de su almacenamiento para evitar su alte ración por oxidación y fermentación alcohólica. El maíz de cosecha normal no sobrepasa normalmente el 15 % de humedad y, en este caso, se almacena sin secado térmico con sólo una ventilación adecuada.
En el caso dc mayor humedad —maíz cosechado mecánica mente que puede contener hasta un 30 o 35 %— necesita un se cado previo a su almacenamiento. A su recepción se le debe someter a una ventilación sin calentamiento, seguido inmediata mente de un secado térmico por aire caliente, con objeto de lle var su humedad a un 15,5 %.
APLICACIONES INDUSTRIALES
325
Para el trigo y la cebada hay que disminuir igualmente la hu
medad, si es necesario hasta un 16 °/o. Para la colza, por el con trario, se procede al secado térmico si la humedad inicial sobre pasa un 10 °/o, para reducirla a 8 %.
La instalación de secado consta de dos secadores idénticos.
Cada secador vertical de aire caliente, proyectado para tratar principalmente el maíz y accesoriamente los otros cereales, es de calentamiento directo por gas con quemador en la corriente de aire.
El caudal total de aire por secador es de 144 000 m3/h, de los
cuales 12 000 m3/h son de aire de enfriamiento no calentado, y 132 000 m3/h son de aire caliente saliendo del generador a 105110 °C. La mezcla del aire de enfriamiento (que se precalienta en
la parte baja del secador a expensas del calor de los granos que
se descargan) con el aire caliente del generador, se encuentra a
97-100 °C a la entrada del secador. Los secadores trabajan en depresión con aspiración a través de la columna de granos. Son del tipo de 2 pasos de aire y éste sale por su parte superior a 30-32 °C.
Los granos se desplazan verticalmente a velocidad constante,
pero de forma cíclica, con alternancia de períodos de descenso y de paro obtenidos por un dispositivo rotativo apropiado. Este
dispositivo es el que regula el secado en función de la humedad
inicial del grano. Cada secador está equipado con un separador de polvo multiciclón conteniendo 140 ciclones.
La calefacción directa de cada secador se obtiene por medio
de un quemador rampa en corriente de aire de 3200 termias/h
El gas llega a 4 kg/cm2, y se reduce su presión a 3000 mm c.a. en
la cámara receptora para alimentar después el equipo de calen tamiento, el cual consta de: válvula manual de cierre, regulador final de presión a 100 mm, salida para llama piloto, válvula de
segundad electromagnética de rearme manual, salida eventual segunda válvula de seguridad electromagnética y válvula modu lante dc regulación.
La regulación de temperatura es progresiva y accionada por
un termopar, colocado directamente en el secador; la marcha del quemador se regula por mediación del motor de la válvula de modulación.
"""""I
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Debe observarse que los secadores de fuel-oil, que necesitan un intercambiador de calor, se regulan únicamente para todo o
y está equipada con 200 quemadores de rampa situados debajo y encima de la cinta de transporte, repartidos en intervalos cre
326
poco.
La regulación del descenso del grano en función de la hume dad se hace cíclicamente por la relación de períodos de descenso y paro. Los métodos modernos de recogida de cereales dan gra nos todavía húmedos, que hace falta secar para llevar la humedad a su valor preciso, el cual permita su buena conservación y cum pla las condiciones contractuales dc venta en el mercado nacio nal y extranjero.
El gas natural permite el calentamiento directo del aire de se cado en buenas condiciones de higiene, seguridad y economía de explotación, utilizando los quemadores en corriente de aire. Este sistema tiende a sustituir los antiguos sistemas a base de cam biadores de calor, indispensables con los otros combustibles, con objeto de evitar así la polución de los productos tratados. B)
Cocción de bizcochos y pastelería industrial
Un grupo importante de la industria pastelera, especializado en la producción de bizcochos y artículos cocidos a base de ha rina, empica 1 350 personas y asegura una producción anual de 22 000 t.
La cocción de bizcochos se realiza en dos hornos continuos de
106 m de largo cada uno, cuya zona de calentamiento es de 80 m. La producción anual de estos dos hornos es de 10 000 I, es decir,
alrededor de 1 300 X 10'1 piezas. La harina se suministra por camiones cisterna a razón de 25 a 30 t/día. Se aspira de los camiones mediante tubería y se alma cena en silos. La materia grasa se suministra en estado líquido y
se almacena en depósitos, mantenida a 45 °C. El azúcar y la leche fresca se utilizan cada día a razón de 6 l y 2 500 I, respectiva mente.
Cada horno está constituido por una caja metálica calorifugada, dc doble envolvente, por el interior de la cual se desplaza una cinta de lela metálica continua, cuyo circuito de telonio pasa
bajo la caja de cocción. La zona de cocción mide -O »n de largo
327
cientes desde la entrada a la salida. La curva de temperaturas establecida por los servicios técnicos está controlada a ± 5 °C. La temperatura media se sitúa hacia los 180 °C.
Cada rampa de quemador está alimentada por un venturi a inducción atmosférica, y está provista de 80 mecheros multillama.
La curva de temperatura propia de cada variedad del producto se obtiene por el encendido o apagado de cierto número de que madores. La temperatura de cada zona se lee sobre indicadores colocados en las paredes laterales del horno.
En caso de fallo de la corriente eléctrica, la seguridad está garantizada por el cierre de una electroválvula colocada sobre la
conducción de gas. El encendido de Jos quemadores se hace a mano, con una antorcha de gas.
Los datos de explotación son los siguientes: Horario de trabajo: 2 o 3 turnos por día Tiempo de puesta en régimen: 60 a 90 min Temperatura de trabajo: 180 °C Velocidad dc paso: 15 m/min Duración de la cocción: 4 a 6 min
Producción horaria: 1 000 kg por horno
Las ventajas obtenidas con el empleo del gas han sido: esta
bilidad y calidad de los productos obtenidos, automatismo y continuidad de la fabricación, limpieza del material y del lugar de trabajo y, finalmente, un mayor silencio en las instalaciones.
C) Calentamiento directo para la fabricación de leche en polvo y producción de vapor
La cooperativa en cuestión recoge diariamente 340 000 1 de
leche. Parte de la misma, destinada a la venta, se pasteuriza y distribuye no acondicionada en la región. Otra parte se transfor
ma en leche en polvo. Se producen 3 t de mantequilla por hora y se fabrica un alimento para el ganado constituido por leche des cremada, reengrasada y adicionada de vitaminas y complejos mi nerales.
GAS NATURAL
328
El gas se utiliza en una caldera mixta gas-fuel para la produc ción de vapor; y también la producción directa de aire caliente por quemador en corriente de aire para la fabricación de leche en polvo. El quemador en corriente de aire (es decir, mezcla de aire y de productos de combustión) está constituido por un con junto de rampas de gas de una potencia total de 4 000 termias/h, y lleva 6 ramas verticales y 2 ramas horizontales, cuya longitud desarrollada es del orden de 13 m.
Este equipo está provisto de dispositivos completos dc regu lación y de seguridad. El circuito dc alimentación dc gas del que mador tiene una válvula dc seguridad electromagnética de rearme manual y una válvula motorizada de regulación. También tiene dos manostatos de seguridad, uno de mínima presión de gas y
APLICACIONES INDUSTRIALES
329
Independientemente de las ventajas de que puede beneficiarse la industria textil con el empleo del gas natural como combusti
ble para los casos citados, describiremos a continuación algunos de los procesos de transformación de dicha industria que utili
zan la combustión directa de gas natural. 5.9.1. Chamuscado de hilos y tejidos
El tratamiento más difundido por acción directa de la llama
es el chamuscado que, al eliminar la pelusa de las fibras, contri
buye a lograr una superficie más uniforme, más brillante y con mejor presentación.
Los quemadores para chamuscado de hilos se reducen a una
otro de máxima.
cámara de combustión cilindrica por cuyo eje pasa el hilo. Las
El quemador está equipado de un piloto permanente de encen dido eléctrico por chispa. La detección de llama se efectúa me diante un electrodo de ionización conectado a un armario-progra-
número de quemadores dispuestos en paralelo. Deben alimentar
mador.
La válvula dc seguridad conectada al detector dc llama, a los
dos manostatos de presión de gas, a los motores dc los venti ladores de la corriente de aire y al motor de los extractores, así como al motor de la bomba de alimentación dc leche, de forma
que dicha válvula cierra el paso de gas cuando: ® se apaga fortuitamente cl gas;
•
hay falta o exceso de presión del gas;
• fallan o se paran los motores de los ventiladores y extrac tores;
•
se para la bomba de alimentación de leche.
máquinas de chamuscado de hilo están equipadas con un gran se con una mezcla de aire y gas en quemadores de aire inductor
y gas inducido, o en máquinas mezcladoras. El consumo de gas varía de 40 a 90 kJ por km de hilo, en función del peso del hilo
(10 a 50 g/km), de su velocidad (350 a 800 m/mn) y de la pro ducción horaria (20 a 50 km de hilo/h).
El quemador clásico para chamuscado de tejidos consiste en
una cámara robusta, de longitud no inferior a la anchura de la
pieza a tratar, alimentada por una premezcla de aire y gas El quemador se dispone perpendicularmente al tejido, produciendo
una llama que choca contra su superficie. La velocidad del trata miento depende del peso del tejido y de la calidad deseada. Para tratamientos corrientes sobre tejidos de 1,70 m de anchura el consumo resultante de gas natural por kilogramo de tejido tra
tado oscila alrededor dc 0,05 termias para tejidos pesados v de
0,1 termias para tejidos ligeros. 5.9.
Gas natural en la industria textil
En la industria texlil la utilización de vapor de agua o dc agua caliente, representa el 90 % de las necesidades térmicas, entre
las que se incluyen las correspondientes a la calefacción y humidilicación de naves v locales.
5.9.2.
Abrasado
Un resultado análogo al del chamuscado se obtiene al someter
a los tejidos al contacto de placas metálicas calentadas al rojo
por quemadores a gas natural, de pequeña potencia, distribuidos
debajo de las placas.
330
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
5.9.3.
Secado mediante cilindros
Existen en la industria textil diversos tipos de secadores que, al entrar en contacto con cl producto a tratar, determinan la pérdida dc la humedad de ésle. Estos cilindros pueden calen tarse mediante quemadores rampa a gas natural, dispuestos se gún su eje, bien sea directamente o bien por mediación de una camisa de agua que asegure una homogénea repartición de la temperatura sobre la superficie del cilindro. 5.9.4.
Presecado por radiación
Los paneles radiantes a rayos infrarrojos son utilizados fre cuentemente como complemento de las operaciones dc presecado en máquinas generalmente provistas de otro sistema de calefac ción. Este equipo complementario resulta útil bajo un doble aspecto:
• aumenta la capacidad de producción de un material en explo tación;
• permite obtener este resultado sin aumentar la carga de la fuente de energía existente, en la mayoría de los casos un generador de vapor.
331
mezclan con el aire y calientan por convección los productos a tratar.
Este sistema se utiliza en algunas máquinas Rame, de velo cidad de tratamiento relativamente baja, que justifica este dis
positivo sencillo pero suficiente para su capacidad de producción.
5.9.7.
Máquina Rame
Una máquina Rame a convección forzada se compone de va rios comportamientos idénticos, de una longitud aproximada de 3 m, incluyendo cada uno su propio dispositivo de calefacción y ventilación. Las máquinas Rame asocian al efecto térmico una acción mecánica de estirado transversal del tejido, cuyos bordes
se sujetan lateralmente mediante unas pinzas arrastradas por dos
cadenas sin fin, que permiten la traslación del tejido en un plano
horizontal.
La zona de combustión del gas se encuentra siempre en de
presión con respecto al recinto calentado, depresión motivada por los ventiladores dc barrido. La combustión se realiza, bien sea en el interior de tubos perforados de acero refractario o bien directamente en una vaina de aspiración de aire fresco y atmósfera rcciclada.
5.9.5.
Polimerización
Existen dispositivos especiales que permiten efectuar el ca
El calentamiento por radiación ha sido aplicado con éxito a máquinas de polimerización de apresto o resinas pigmentarias.
gistro especial permite evacuar los productos de la combustión
Los polimerizadores comprenden una sección de calentamiento
al exterior, a través de una chimenea, o bien introducirlos, total
lentamiento directo o indirecto a voluntad del utilizador. Un re
por radiación en la cual el tejido es llevado a la temperatura de
o parcialmente, en el interior de la Rame.
tratamiento en dos o tres segundos; a continuación viene una
La potencia térmica requerida varía entre 120 y 200 termias/h por compartimiento, según sean los tratamientos a realizar y cl
zona de mantenimiento de la temperatura conseguido por con vección a través de los productos de combustión y, por último, la polimerización concluye en la parte alta del polimerizador, cuya temperatura es regulable. 5.9.6.
Secado por convección
La convección natural consiste en utilizar directamente el ca
lor de los productos de combustión procedentes de quemadores situados bajo el tejido a una distancia suficiente para evitar sobrecalentamientos locales. Los productos de combustión se
peso por metro del tejido a tratar. Se consigue dicha potencia por medio de un número variable de quemadores, así como por distintos sistemas de alimentación. La regulación automática
dc la temperatura se realiza individualmente para cada uno de los compartimientos a través de las indicaciones de un detec tor situado generalmente frente a los ventiladores de barrido. Las ventajas del calentamiento directo a gas natural son de orden técnico y económico.
332
GAS NATURAL
1)
Ventajas de orden técnico:
• Espacio reducido: el espacio en una Rame para la cá mara de combustión de gas es mucho menor que el del in tercambiador correspondiente, lo cual facilita la adap tación de equipos de calefacción directa a gas en los apa ratos existentes.
• Gran flexibilidad térmica: la instalación de potencias ca loríficas altas, unido a la baja inercia térmica del dispo sitivo dc calentamiento, permiten obtener una rápida va riación de temperatura en la cámara de tratamiento, dis
minuyendo con ello los riesgos de deterioro de tejidos. • Simplicidad de construcción y funcionamiento; la cons trucción de los aparatos se simplifica por la supresión de
APLICACIONES INDUSTRIALES
Ejemplo:
a su blanqueo, tinte y apresto. La capacidad de tratamiento es de 500 piezas de 100 m de longitud por día.
El equipo está diversificado en función de los tratamientos
realizados, y los aparatos están calentados con vapor, electrici
dad y gas natural. Aparte de las instalaciones de lavado y tinte, que no describimos aquí, la fábrica está provista de los elemen tos térmicos siguientes:
1 máquina Rame de calentamiento mixto vapor y gas; 1 «Hot-Flue» calentado por vapor y electricidad; 1 presecador calentado por gas mediante paredes radiantes.
el calentamiento indirecto.
Ventajas de orden económico:
• Gastos de inversión reducidos: la simplicidad del proce dimiento permite reducir notablemente los gastos, tanto en la adquisición de nuevos aparatos como en la adapta ción de los existentes.
• Gastos de mano de obra bajos: los gastos de explotación imputables al calentamiento a gas son prácticamente nu
los, en razón del automatismo de los equipos. 9
Consumo reducido: el consumo de combustible es extre
madamente reducido, ya que los productos de la combus tión del gas contribuyen íntegramente al calentamiento de la máquina.
Finalmente citaremos otros diversos materiales calentados por gas, pero de menor importancia: 2 mercerizadores, 1 estam padora, 1 flameadora.
Vamos a discutir someramente la Rame y el presecador. La Rame está formada por la yuxtaposición, en longitud, de cuatro compartimientos idénticos. El primero está calentado sólo
por vapor, mientras que cada uno de los tres siguientes está equi pado, a la vez, de tubos de vapor con aletas y de quemadores de gas.
Para el secado hasta 160-165 °C el calentamiento se hace sólo
Gastos de entretenimiento mínimos: los gastos de en
con vapor, pero para los tratamientos térmicos de fibras sinté
tretenimiento de los quemadores son prácticamente nu
ticas hasta 220 °C, el calentamiento es mixto: vapor y gas. El calentamiento únicamente con vapor puede evaporar 810 kg/h. La Rame trabaja por convección forzada de aire caliente o, en la marcha mixta, por una mezcla de aire caliente y productos de combustión de gas. Cada compartimiento está equipado de 8 ventiladores dc reciclado, a razón dc 4 por cada lado (fig. 103),
los, así como los de limpieza y conservación de las partes mecánicas internas del aparato, debido a la combustión completa del gas. 9
Tratamiento de textiles
Los textiles de todas clases, naturales, artificiales y sintéti cos, excepto la lana, son tratados en una planta donde se procede
vainas, chimeneas, intercambiadores, etc., necesarios en 2)
333
Mejora de la productividad: la potencia y baja inercia térmica dc los equipos dc calentamiento directo a gas per miten variaciones rápidas dc temperatura, reduciéndose
los tiempos muertos que separan las operaciones sucesi vas efectuadas a distintas temperaturas, pudiéndose in crementar cl número de tratamientos durante una misma jornada.
montados sobre un eje único y accionados por un motor de ve locidad de transmisión por polea. Cada compartimiento lleva dos puntos de extracción, a excepción del primero, que lleva sola mente uno. Los ventiladores de reciclado descargan sobre un
cambiador dc calor formado por tubos de aletas, por las cuales
1
334
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
circula el vapor. La corriente de aire pasa después por un conduc to formando cámara de combustión del quemador, mezclándose con los productos de combustión de éste.
335
peratura de consigna, permite la regulación en tres etapas: todo, progresivo y nada (paro de quemadores). Dicha válvula motori
zada está situada en el circuito de aire del quemador, y la pre sión del aire detrás de dicha válvula actúa sobre una válvula neu
mática de regulación situada en el circuito de gas. El funciona miento del quemador está supeditado al de los motores de los
ventiladores de extracción y a la presión de alimentación de gas detectada por un manostato de máxima y mínima. Válvula motorizada
de regulación
Aire del piloto
Aire 50 mbar
Entrada del
Regulador de caudal
Salida del
tejido
con premezcla
tejido
Caja de mezcla Gas
Vapor
Vapor + gas
Vapor + gas
Vapor -!• gas
Fig. 103.— Esquema de la Rame con indicación del sistema de calentamiento y situación de los puntos de extracción.
Piloto
alimentado
Válvula neumática
de regulación necionada por aire comprimido
D
iiiinmii iiiiiniiniiiiiiiiiiiiiiii^
J
•H
Quemador alimentado con
premezcla
Regulador de caudal
•M Válvula neumática de
Cada uno de los tres últimos compartimientos de la Rame está equipado de dos quemadores antorcha, colocados cada uno en la cámara de combustión por donde circula el aire de reci
Gas del piloto
seguridad Kromschróder
Fig. 104. —Esquema de alimentación de aire y de gas de un quemador de Rame.
clado. La potencia total del equipo térmico de gas es de 360 termias (calculado en P.C.I.).
Cada quemador antorcha está alimentado con premezcla dc aire y gas, producida en una máquina mezcladora. El quemador se enciende por un piloto alimentado igualmente con premezcla. Este piloto lleva un lermopar de detección de llama que actúa sobre la válvula de mando electromagnético de la válvula neu mática de seguridad del circuito del quemador (fig. 104). La válvula motorizada de regulación de mando electromagné tico está accionada por un galvanómetro indicador y regulador de temperatura, conectado a un lermopar situado en el conducto de aire, después del quemado! que, por diferencia -mi una lem-
Aparte dc la regulación de temperatura utilizada en el calen tamiento mixto vapor y gas, la Rame está equipada de un sis
tema de regulación de la velocidad de paso del tejido, en fun ción de la humedad residual a la salida, y que funciona incluso
en el caso de calefacción sólo por vapor. El órgano detector es un psicómetro palpador que mide la resistividad eléctrica del tejido húmedo actuando sobre un motor de velocidad variable
que permite una variación de paso entre 20 m/mm y 100 m/mm, con aceleración lenta y desaceleración rápida.
El presecador colocado antes de la «Hot-Flue» permite bajar la humedad del tejido de 100 a 30 %y tiene una capacidad de evaporación de 180 kg de agua por hora.
—1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
336
337
GAS NATURAL
Completamente calentado por gas, el presecador está equi pado con 56 paneles radiantes. La transmisión de calor se efec túa en su mayor parte por radiación infrarroja, pero también en parte por convección del aire caliente y de los productos de combustión del gas. Estos últimos se evacúan mediante un ven tilador de extracción.
La velocidad de paso se regula en función de la de paso por la «Hot-Flue». La regulación de temperatura se hace por «todo o poco», en función de la medición de temperatura del aire calien te por termopar, que acciona una válvula de mando electromag nético sobre un by-pass de la alimentación en gas de los paneles radiantes.
La llegada del gas está condicionada al funcionamiento del
extractor. Los paneles se encienden por resistencias eléctricas y
• la alimentación de las calderas de la central de vapor; • la alimentación mixta de la caldera de licor negro; • la alimentación del generador de gases calientes para el se cado.
En determinados sistemas de calefacción y secado se utiliza también el gas en paneles radiantes, con objeto de aumentar la velocidadde secado de las máquinas de fabricación de papel. Una instalación de este tipo permite, con una pequeña inversión, aumentar la producción de una maquinaria muy costosa, incre mentando consiguientemente su rentabilidad.
Los problemas que presenta el encolado del cartón, así como
el secado de diversos productos con que se recubren ciertos pa peles para aplicaciones concretas (papel «couché», papeles pin tados, papel alquitranado, etc.), permiten soluciones muy intere
no llevan detector de llama.
santes con el gas, en especial haciendo uso de la radiación in frarroja.
5.10. Gas natural en la industria de la madera,
Ejemplos:
papel y cartón
En las factorías de la industria maderera, del papel y del car
tón, la mayor aplicación del gas natural se encuentra en la pro ducción de vapor. También se emplea para la producción de aire caliente de secado, por mezcla directa del aire con los productos de combustión.
Secado continuo de papel pintado
El proceso de fabricación parte del principio de una bobina de papel que se desarrolla y se somete a dos tratamientos suce sivos:
En las fábricas importantes de pasta de papel la producción de vapor se encuentra ligada a la producción de energía eléctrica,
• aplicación de una primera capa, que consiste en depositar una delgada capa de carga y de cola, variable según la calidad del papel; el papel se calienta a continuación por dos paneles ra
generando el vapor a alta presión, que es utilizado en turbinas para producir electricidad y, a continuación, a la salida de las
• aplicación de una segunda capa, siempre sobre la misma cara,
turbinas, se utiliza todo su calor para los procesos térmicos de la industria. El empleo del gas como combustible, manteniendo un buen rendimiento térmico, permite reducir las cantidades de aire de combustión de los humos, con lo que los ventiladores de aire y aspiradores de tiro resultan de dimensiones más reducidas.
En los aportes caloríficos de las papeleras, tanto para la pre paración de la pasta como en las máquinas de fabricación de
papel, es decir, en todos los procesos de producción, el gas na tural encuentra aplicación para:
diantes de gas; cuyo espesor es regulado por un «cuchillo de aire».
Este dispositivo consiste en una rampa con una delgada ranu ra del ancho del papel. Una turbina suministra el aire necesario
a la formación del chorro que choca contra la capa aplicada, eli minando así el excedente del producto. La segunda capa es una emulsión vinílica o acrílica destina
da a asegurar la protección del papel y su lavabilidad. El papel así tratado pasa a continuación a una estufa continua, donde se
~~=!
GAS NATURAL
338
APLICACIONES INDUSTRIALES
precalienta, antes de su entrada, por medio de 5 paneles radiantes de gas, y luego se seca en la estufa mediante la circulación de ga ses calientes a temperatura del orden de 180 a 200 °C. La figura 105 representa esquemáticamente el principio de funcionamiento de la estufa:
339
Dos ventiladores de 11 000 m3/h cada uno, colocados uno en
la parte alta de la estufa y otro en la parte baja sobre el eje vertical del quemador, aspiran y reciclan en la estufa la mezcla de aire caliente y de productos de combustión, cuyo reciclado está regulado manualmente por un registro. Una pantalla de cha pa asegura el aislamiento térmico entre el paso del papel y la cámara de combustión. El aire caliente o mezcla se reparte por medio de unos difusores regulables, colocados uno encima y otro debajo del papel a tratar. La evacuación de los gases calientes se realiza por dos chimeneas colocadas igualmente una en la parte superior y otra en la inferior de la estufa.
El quemador es del tipo «monobloc» de 45 termias/h, y su encendido se efectúa por un piloto permanente.
1. 2.
Ventilador. Termostato.
7.
Toma de extracción gases ca
3.
Quemador lateral
8.
lientes. Difusores.
4.
Ventilador.
5.
Extracción gases calientes.
6.
Deflector.
Calorífugo.
te de baja tensión sobre un rodillo palpador qué actúa por in
10.
Ventiladores de enfriamiento.
11.
Papel. Batería dc paneles radiantes.
termedio de un psicrómetro.
9. 12
Fig. 105. — Esquema de funcionamiento de la estufa Sat.
La entrada y salida del papel están situadas en el lado opues to a la cámara de combustión. La entrada del papel se efectúa por la parte superior y la salida por la inferior. La estufa tiene 7 m de longitud útil, y es una estufa de con vección forzada de doble paso superpuesto, que permite tratar
papeles de 0,60 m de ancho. El chasis es metálico y el cuerpo de chapa con un calorifugado clásico. El desplazamiento del papel en la estufa está asegurado por unos rodillos.
El papel se seca por convección forzada, por medio de una mezcla de aire caliente y productos de combustión de gas pro ducidos en una cámara de combustión situada en el extremo
opuesto a la entrada.
El funcionamiento de la estufa es automático. Tres motores, con variador de velocidad incorporado sincrónico, aseguran la circulación del papel por la estufa. La regulación de la velocidad de circulación se efectúa en función de la humedad del papel a la salida de la estufa, siendo medida por el paso de una corrien
Si el papel es demasiado seco, los motores se aceleran y la velocidad de paso del papel aumenta. Por el contrario, si el pa pel es demasiado húmedo, los motores giran más lentos y la velocidad de paso del papel disminuye. Además, el operador dis pone de un medio de regulación de la calefacción por paneles radiantes que completan la regulación de circulación del papel. La regulación de la temperatura en la estufa se hace por «todo o nada», mediante un termostato que limita la temperatura de la cámara de combustión a 300 °C, como máximo. La seguridad del funcionamiento del quemador se garantiza por un detector
de llama tipo electrodo de ionización, colocado sobre el piloto permanente del quemador. El quemador está supeditado al fun cionamiento de los tres motores de arrastre del papel, de forma que en casos de eventuales incidentes de fabricación y paro de
los motores de arrastre, se cierra la válvula electromagnética de entrada de gas al quemador y éste se apaga. La instalación se completa con un timbre de alarma.
1
340
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
La duración del tratamiento para la impregnación de las dos capas, en paso continuo, es de 20 s por 14 m de papel tratado.
Esta longitud corresponde al paso ida y vuelta en la estufa por
Las principales ventajas de esta técnica son las siguientes: •
inversiones inferiores a cualquier otra solución-vapor tribu taria de una central de vapor;
•
rendimiento térmico elevado y sin pérdidas en el transporte
los paneles radiantes, y no supone más de 25 m/min cuando no se
utilizan los paneles radiantes. Esta estufa permite las siguientes
velocidades de evaporación: 90 l/h, con precalentamiento, y 60 l/h, sin precalentamiento.
341
del fluido;
•
funcionamiento posible a temperaturas más elevadas que con el vapor;
•
posibilidad de aumento y mayor homogeneidad de la trans misión de calor respecto a los producios a tratar;
•
control de temperaturas más exacto y posibilidad dc modifi cación de temperaturas más rápida durante el ciclo;
agrupar como sigue:
•
espacio compacto reducido.
•
Calentamiento directo
•
Calentamiento indirecto
Entre los procesos de calentamiento directo por quemadores en corriente de aire, podemos señalar:
•
Operaciones térmicas específicas.
5.11.
Gas natural en utilizaciones diversas
Aparte de Jas utilizaciones del gas natural en las distintas ramas industriales que hemos descrito, el gas natural encuentra
aplicación en una serie de utilizaciones específicas, que podemos
5.11.1.
Calentamiento directo
El calentamiento directo puede consistir en el calentamiento del aire por combustión de gas en su corriente, obteniendo una
mezcla de aire y productos de combustión a la temperatura deseada, o en el calentamiento directo, por gas, de líquidos o
a)
Ventilación atemperada de locales industriales
Frecuentemente, los procesos de Fabricación son una fuente importante de polución del aire en los locales industriales. Este
tipo de contaminación, cuyas posibles causas son múltiples, se presenta en numerosas actividades de la industria.
En todos los casos, es necesario reemplazar el aire viciado por otro fresco mediante una ventilación adecuada. En ciertos
de productos (contenidos en hornos sin mullas).
casos, se quiere renovar 10 veces el volumen de los locales por
Debemos señalar especialmente el desarrollo rápido y recien te de operaciones térmicas fundadas en la técnica de los quema
hora. En la práctica, lo corriente hasta ahora era evacuar el aire viciado dejando que su renovación se efectuara de modo
dores de gas en corriente de aire.
Los quemadores en vena o corriente de aire deben responder
a ciertos criterios, entre los cuales es necesaria una combustión
natural por los orificios del local, cuyas dimensiones y situación no fueron previstas para tal función.
La solución racional consiste en prever unos dispositivos que
perfecta completa a cualquier régimen dc marcha, los produc tos de combustión deben ser compatibles con las no. mas de hi
aseguren la admisión artificial y canalizada de aire fresco. Pues to que no sería aceptable, en invierno, introducir grandes can
giene en el caso de secado de cintos productos alimenticios v con las exigencias de seguridad en el caso de ventilación de
lación debe completarse con un sistema dc calentamiento dc
'"cales.
tidades dc aire del exterior a temperaturas muy bajas, la insta
dicho aire hasta una temperatura por lo menos igual a la que reina en el local.
1
GAS NATURAL
342
El interés del calentamiento directo por gas en vena de aire
radica en que su rendimiento es del 100 %, ya que todo el calor desprendido en la combustión se encuentra en la mezcla de aire y productos de combustión. Sin embargo, esta técnica de venti lación excluye toda posibilidad de reciclaje y, por tanto, como sistema de calefacción puede resultar costosa. En Estados Uni
dos, Inglaterra y Bélgica existen reglamentaciones al respecto
precisando las proporciones de compuestos nocivos de la com
APLICACIONES INDUSTRIALES
• dispositivo de enclavamiento del encendido del quemador, a la puesta en servicio del ventilador de la corriente o vena de aire.
Además de la ventilación de grandes locales industriales, el
procedimiento es indicado para establecer cortinas de aire ca liente, para renovación de aire en las cabinas de pintura, para locales comerciales, etc.
La figura 106 representa una instalación de quemador en co
bustión, a fin de no perjudicar la salud de las personas que ocupan el local que se ventila.
Las ventajas del sistema pueden resumirse como sigue: •
343
rriente de aire. Toma de aire
Quemador
Chapas amovibles
Filtros
economía de combustible de 25 a 40 %,
• reducción del coste de mantenimiento superior al 50 %,
• disminución de 35 a 50 % en la inversión global de la instala ción,
• mínimo espacio ocupado y rápida puesta en régimen.
La parte esencial del equipo es el quemador, que debe com
prender ciertos dispositivos de seguridad. Sus características de construcción son especiales, dadas sus condiciones de empleo: en
efecto, deben poder asegurar, a todo régimen de marcha de la corriente de aire, una llama estable y una combustión completa. Además, diferentes dispositivos de seguridad, de los que cita mos a continuación, garantizan y protegen al material y al per
Ventiladores
sonal de las consecuencias de incidentes eventuales de funciona
Registro de aire Parrilla . de protección
Fig. 106. —Generador de aire caliente para renovación de aire.
miento:
• detector de llama, a tiempo de respuesta rápida, destinado a cortar el gas caso de fallo del encendido o de paro imprevisto de la combustión;
• manostato de presión, destinado a mantener cl caudal de gas •
b)
Tratamiento de superficies
Las estufas de secado de pintura en marcha continua son
actualmente muy corrientes. La calefacción directa representa, sobre las instalaciones de calefacción indirecta (aire calentado
entre los límites de seguridad impuestos;
por cambiador de vapor), una economía de combustible que
termostato de máxima sobre la temperatura de la mezcla aire-
puede representar un 45 °/o.
productos de combustión, para evitar todo riesgo de sobre
Además, las nuevas técnicas permiten la eliminación total de los efluentes por reciclaje de la atmósfera cargada de disolven tes, con recuperación y utilización en la estufa del calor produ
calentamiento accidental, sea por exceso de gas o por insu ficiente caudal de aire;
cido en la combustión de aquéllos.
/
T
APLICACIONES INDUSTRIALES
345
GAS NATURAL
344
Otros ejemplos son el secado de la malta, los granos y la al
c) Secado de alimentos, agrícola e industrial
En general, la utilización del secado directo por gas sustituye al secado indirecto, sea por vapor, sea por combustibles líquidos a través de un cambiador de calor. Se conciben fácilmente las
ventajas del secado directo en la inversión, el rendimiento y la agilidad de utilización.
El secado directo por gas en el campo agrícola de la alimen tación, aunque muy atractivo gracias a las características cons tantes del gas, no siempre está autorizado sin restricciones en todos los países.
falfa, así como la torrefacción del café y el secado de embutidos. En el secado industrial podemos citar el secado de ladrillos y piezas cerámicas crudas, en donde el quemador se incorpora a la corriente de los gases y aire procedentes de la combustión en el horno, con lo que, de esta forma, puede recuperarse su calor. Debe también señalarse el secado de textiles estampados y del papel en curso de fabricación. d)
Incineración dé efluentes
teno, etc.), e incluso para la fabricación de leche en polvo por
Esta aplicación del gas natural, que se extiende rápidamente, consiste en oxidar completamente y en caliente los efluentes hidrocarburados procedentes, por ejemplo, de los disolventes, para transformarlos en gas carbónico y vapor de agua, elementos no
atomización en la corriente de aire caliente. Para alcanzar tem
contaminantes.
Este procedimiento encuentra aplicación especialmente para el secado de la malta, la alfalfa y los granos (maíz, trigo, cen
peraturas de 180 °C a 200 °C, compatibles con las exigencias del secado por atomización, el vapor, en caso de calefacción indi recta del aire, debe alcanzar presiones del orden de 14 a 20 ba rias, como resulta del cuadro adjunto:
aire secado
Temperatura del vapor (saturado)
100 °C 150 °C 200 °C 250 °C 300 °C
125-150°C 175-200 °C 225- 250 °C 275-300 °C 325-350 °C
Temperatura del
Presión del vapor (saturado)
1,5-
4 barias
8-15 25-40
» »
60-86 122 -168
» »
Ello implica inversiones muy gravosas, tanto más cuanto son suficientes presiones mucho menos elevadas para las otras nece sidades térmicas de las instalaciones.
Para esta aplicación es posible obtener economías de un 20 a un 30% en inversiones para caudales de aire de más dc 30000 kg/h y rendimientos superiores del 20 al 25 %. Otro ejemplo interesante es el de fabricación de un concen trado en proteínas a partir de residuos de pescado. A partir de éstos se prepara un hidrolizado dc proteínas solubles, que se pre cipitan por atomización.
La incineración se efectúa por combustión directa a 700o800 °C, o bien por combustión catalítica hacia 350°-400 °C. Esta última depende de la posibilidad de envenenamiento del catali
zador y de su regeneración. El quemador en corriente de aire permite una homogeneización de temperatura muy rápida al ni vel del quemador, de forma que la longitud de la cámara de combustión es menos importante que en otras técnicas, donde la homogeneización tiene lugar en la cámara.
Para contenidos de oxígeno superiores a 18 % en los efluen tes, la dilución de los solventes es suficiente para que aquéllos (a menudo a temperatura de 100°C) puedan servir de combu rente en la incineración. Para contenidos más bajos, es necesa rio un aporte suplementario de aire (oxígeno).
Como empleo de incineración de efluentes podemos citar el caso de las imprentas (offset), de las instalaciones de secado y cocción de lacas, barnices y pinturas, etc. e)
Hornos industriales a fuego directo
La solución del horno muflado, que es absolutamente necesa ria en el caso de combustibles conteniendo impurezas suscepti bles de alterar la calidad de los productos en curso de tratamien-
D
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1
GAS NATURAL
346
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
347
to o elaboración, no es necesaria en el caso de combustibles ga
pero obliga igualmente a determinar con precisión el tiempo ne
seosos exentos de azufre.
cesario para completar la operación térmica.
La estructura dc los hornos queda notablemente simplificada
y disminuida la cuantía de las inversiones. El gas permite dismi nuir sensiblemente la importancia de las cámaras de combus tión, e incluso eliminarlas completamente repartiendo el caudal calorífico en múltiples quemadores situados en los lugares más favorables. Es el caso de los hornos túnel de cocción de cerámica
y de porcelana a fuego directo, equipados de quemadores múlti ples situados en las paredes y en la bóveda, caso que hemos men cionado al tratar del gas natural en esa industria.
Se pueden igualmente adoptar quemadores radiantes a alta temperatura, como los descritos en el capítulo dc los quemado res intensivos, los cuales aportan la energía calorífica a la carga
del horno por radiación, así como quemadores de gran velocidad de salida de los productos de combustión o quemadores «jet», que activan fuertemente la transmisión de calor por convección. Otros hornos recurren a técnicas específicas diferentes dc las
utilizadas para otros combustibles, por ejemplo: los hornos dc fusión en metalurgia, la fabricación de hierro Tundido en hornos cuba a gas sin coque, la fabricación de cal, la calcinación a fue go directo, la producción de cromato sódico, cl termofijado y el secado dc tejidos, etc.
Finalmente, existe en muchos casos la posibilidad dc equipar los hornos con recuperadores continuos de calor para precalentar el aire, o éste y el gas; están concebidos especialmente para cl gas, teniendo en cuenta que sus productos de combustión no son corrosivos ni cargados de hollín o polvo. f)
Hornos equipados de quemadores de radiación
Aparte de la radiación del recinto o laboratorio del horno llevado a altas temperaturas con quemadores de gas, nos referi mos en este apartado a los equipos de calentamiento especiales, concebidos para transmitir el calor por radiación a los produc tos elaborados. El gradiente importante de temperatura permite alcanzar la temperatura útil de tratamiento muy rápidamente,
En general, este tipo de quemadores se utiliza, sobre todo, en las líneas de tratamiento continuo. Para procesos de temperatu
ras relativamente bajas (200 a 300°C) existen paneles radiantes
(temperatura de emisión de 300 a 900 °C) que se montan alrede dor de la cadena de avance de las piezas y se disponen y regulan en función de éste. En este tipo de hornos se recupera a menudo el calor de los productos de combustión, que se ponen en con
tacto con las piezas a tratar con objeto de aumentar el rendi miento global.
Como ejemplo de estas aplicaciones podemos citar el secado de pinturas sobre metal (muebles metálicos, neveras, industria del automóvil, etc.) en la industria del papel, en el secado de tin tas de imprenta, y en el secado de tejidos Ramel). También se han obtenido muy buenos resultados en el secado de las piezas de porcelana calibradas, que permiten una cadencia más rápida de la cadena de cocción. Citemos igualmente el calentamiento por infrarrojos de cubas para la fabricación de resinas sintéticas, en donde se calcula un rendimiento térmico doble del obtenido
por medios clásicos dc calentamiento.
Finalmente, ciertos tipos de paneles radiantes de infrarrojos se utilizan para la calefacción de grandes locales. Este sistema, que se sale del cuadro de nuestro estudio, es interesante sobre
todo en el caso de locales de altura elevada, mal aislados y mal cerrados: naves industriales, iglesias, palacios de deportes, etc. También se utiliza en recintos abiertos al aire libre: terraza de
cafés, campos de deporte, escaparates de tiendas, etc.
g)
Calentamiento de líquidos por combustión sumergida
En la combustión sumergida, los líquidos se calientan por contacto directo con los productos de combustión generados por cl quemador, el cual penetra directamente en el líquido. El intercambio térmico es tan rápido que los productos de combustión abandonan el líquido por su superficie a la tempe ratura de este último. Estos productos salen cargados dc los productos volátiles del líquido. Por el contrario, éste puede di-
r^l
•
j
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
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349
solver los compuestos solubles (principalmente el anhídrido car
Estas técnicas encuentran aplicación en el calentamiento de cubas para el estañado, galvanización, revenido en aceite, croma
bónico CO2).
do, decapado, fosfatado, etc.
Los productos de combustión emergen saturados, puesto que la cantidad de agua de saturación de los productos de combus tión aumenta con su temperatura. Ello tiene las siguientes con secuencias:
• a cierta temperatura (55 °C para el gas natural), la cantidad de agua producida por la combustión equivale a la cantidad de agua de saturación. El rendimiento respecto al P.C.I. es del 100%;
9 a temperaturas inferiores, parte del agua producida por la combustión se condensa en el baño, recuperándose su calor
de vaporización. El rendimiento resulta superior al 100%; • a temperaturas superiores, se produce el fenómeno contrario. Hay evaporación de agua del baño para saturar los productos de combustión y ello de forma creciente con la temperatura,
hasta una temperatura próxima a los 90 °C, para la cual todo el calor desprendido por los productos de combustión se em
plea en evaporar el agua de saturación. A dicho límite, el rendimiento en relación al P.C.I. es nulo y no es posible aumentar la temperatura del líquido, por lo que conviene no
También pueden aplicarse en diversos hornos de marcha continua que han sido proyectados y construidos especialmente para utilizar gas en las industrias de alimentación, papel, vi drio, etc.
Un crisol para la fusión de metales no férreos permite, con
el gas, unas cargas térmicas sensiblemente más elevadas, debido
a que permite una cámara de combustión y unos espacios entre el crisol y el revestimiento refractario más reducidos. Mejor ren dimiento térmico y menor rotura de crisoles por golpes de fuego. Especialmente en cl calentamiento de líquidos pueden em plearse dos sistemas: el calentamiento por el fondo del tanque o cuba y el calentamiento por tubos sumergidos, constituyendo el intercambiador de calor.
a) Calentamiento de líquidos por el fondo de la cuba En el caso de calentamiento de cubas o marmitas, aun a tem
peraturas elevadas, se utilizarán quemadores sin mezcla de gas y aire o quemadores con mezcla con proporciones de aire infe
sobrepasar los 80°C si se desea conservar un valor aceptable
riores a los de la mezcla teórica, en los que pueda admitirse en
del mismo.
el hogar el aire secundario tomado de la atmósfera. Estos que madores podrán ser uno o varios con formación de numerosas
Los quemadores de combustión sumergida, de los que existen numerosos modelos y dc los que hemos representado un tipo en la figura 73, se utilizan para el calentamiento de baños de decapado, para la concentración de soluciones, calentamiento
de piscinas y de grandes cantidades de agua, producción de atmósferas saturadas de agua, regulación de reacciones quími
doméstica) completamente adaptados a la forma dc cada tan que o cuba. De esta forma se elimina la necesidad de un hogar revestido de paredes refractarias, como en el caso dc empleo dc comestibles sólidos o líquidos.
En la figura 107 representamos una cuba calentada por el
cas, etc.
5.11.2.
pequeñas llamas verticales (como en las calderas de calefacción
Calentamiento indirecto
En las operaciones térmicas que no ponen en contacto los productos de combustión con los productos fabricados, ciertas técnicas son comunes a diferentes combustibles; sin embargo,
por otra parte, han nacido nuevas técnicas, derivadas desde su origen únicamente para los combustibles gaseosos.
fondo, mediante un reparto uniforme de pequeñas llamas, elimi nando el peligro de sobrecalentamiento local, en la que el tiro se produce por la suficiente altura de la cuba, y el aire secundario necesario a la combustión se admite por una serie de orificios
repartidos bajo la parte inferior del hogar. Los productos de la combustión circulan por el interior de una doble pared rodean do la cuba y se escapan a la atmósfera sea por orificios practica-
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350
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
dos en la parte superior de la doble pared junto con los vapores, captados todos por una campana, sea por una chimenea metáli ca que los expulsa al exterior. Unos nervios soldados en el fondo y en las paredes verticales de la cuba aumentan los intercam
bios de calor. La doble pared debe estar calorifugada en sus ca ras exteriores.
351
lateral de la cuba y evitar éste por debajo del nivel máximo susceptible de alcanzar la costra. Los baños de fosfatación pre sentan un problema análogo. Los quemadores deberán pues co locarse repartidos a lo largo de las paredes de la cuba. b)
Calentamiento de líquidos por tubos sumergidos
Esta técnica, similar a la de los serpentines de vapor y de resistencias eléctricas sumergidas, en la que la fuente de calor está colocada en el seno del líquido a calentar, obtiene rendimien tos térmicos del orden de 70 a 80 %, muy superiores a los de ca lentamiento por el fondo, del orden de 45 a 55 %. Se trata de un sistema de calentamiento interno indirecto,
diferente a la combustión sumergida de calentamiento directo, puesto que no hay contacto entre los productos de combustión
s=sl Calorífugo
o la llama y el medio a calentar. Los productos de combustión del quemador circulan a través de un tubo sumergido en la cuba, y salen al exterior por el mismo tubo. En lo que concierne a la forma y emplazamiento del tubo, así como al tipo de quemador, pueden adoptarse distintas disposiciones. Lo mismo puede de cirse del tiro natural o indirecto de los productos de combustión. Las características que debe satisfacer un tubo sumergido son las siguientes:
• A X
A
A
A X
'l
Aire
Secundario
potencia térmica importante para permitir una puesta en ré gimen de temperatura rápida. Según el tipo de quemador ele gido, la densidad del flujo térmico referida a la superficie interna del tubo va desde 20 a 30 termias/h/m2;
Fig. 107. —Cuba calentada por el fondo.
• espacio ocupado reducido, lo que obliga a trabajar a tasas dc transmisión tan elevadas como sea posible;
La transmisión del ílujo de calor por el fondo del recipiente puede no ser conveniente en según qué operaciones. Así, el zinc
• facilidad dc montaje. Se pueden utilizar tubos que atraviesan las paredes de la cuba o, en caso principalmente de cubas no metálicas, tubos apoyados sobre las paredes sin que atravie
fundido utilizado para galvanizar, ataca al hierro (aun el ARMCO),
sen las mismas.
sobre todo entre 420° y 480 °C, formando una costra o escoria
En la transmisión de calor por mediación de tubos sumergi
(zinc duro) conteniendo 95 % de zinc y 5 % de hierro que se adhiere al fondo del baño, constituyendo un obstáculo para la transmisión del calor. Conviene pues efectuar el calentamiento
dos en el baño, se obtiene una utilización más racional del calor.
El empleo de tubuladuras sumergidas permite utilizar quema dores de todas clases para producir cualquier temperatura. Es-
1
1
352
r****!
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GAS NATURAL
tos tubos pueden adoptar la forma más conveniente al recipien te o cuba conteniendo el baño a calentar. En la figura 71 del apartado 4.7.5 del capítulo de quemadores hemos represen tado varias soluciones de calentamiento de baños por tubos su mergidos. La elección de una u otra dependería del problema a resolver: movimiento y circulación de las piezas a tratar, riesgos
de choques, deformación de tubos, depósitos en el fondo de las cubas, etc.
APLICACIONES INDUSTRIALES
353
tiro forzado, para facilitar la admisión de aire secundario. La densidad del flujo térmico es del orden de 20 termias/h/m2.
Los quemadores de aire a presión, aire inductor/gas disten dido, o aire y gas a presión sin mezcla previa, permiten alcanzar e incluso sobrepasar una densidad de flujo térmico de 30 ter mias/h/m2.
varias veces en el circuito. La evacuación de los excedentes se
Estos quemadores pueden montarse herméticos con el tubo, lo que permite a este tipo de instalación responder a las condi ciones más exigentes bajo el punto de vista de la seguridad. En este caso, el quemador está equipado de un dispositivo de encen dido automático por chispa a alta tensión y de un sistema de
efectúa al exterior por un tramo también sumergido.
control de llama.
En la figura 108 presentamos un esquema de calentamiento de baños por tubo sumergido formando bucle, de forma que una parte de los productos de la combustión pueda reciclarse
El tubo sumergido funciona en presión y el conducto de eva cuación puede prolongarse estanco hasta el exterior del local o instalarse sobre la cuba.
Fig. 108.— Cuba calentada por tubo sumergido en bucle.
La ventaja de esa disposición es la mejora del rendimiento térmico, debido a que el reciclado aumenta el volumen de los gases en circulación, y por tanto su velocidad en beneficio de la
Con el empleo de quemadores de alta velocidad o «jet» se han conseguido elevadas tasas de transferencia térmica, entre 40 y 200 termias/h, con tubos de diámetros mucho más peque ños (25-50 mm), con lo que se consigue, además, un considerable incremento del espacio útil de la cuba. 5.11.3.
Operaciones térmicas específicas del gas
Se trata de operaciones térmicas concebidas para ser realiza
mejora de transmisión de calor, con una temperatura inferior
das con combustibles gaseosos y que no son posibles con otros
en la combustión que favorece la buena conservación del inter
combustibles.
cambiador. La forma de los tubos puede ser cualquiera, así como su emplazamiento en el baño el más conveniente, por lo que su
En el capítulo II (Consideraciones sobre el empleo de gas natural) ya hemos definido lo que se entiende por «usos especí ficos del gas», y hemos detallado la serie de operaciones térmicas en las cuales el gas es insustituible o debe tener prioridad. Repe
empleo tiende a generalizarse.
Respecto a los quemadores, se pueden utilizar, según los ca sos, quemadores atmosféricos o quemadores con aire a presión,
timos aquí las técnicas basadas en la utilización directa de la
que se montan sobre un extremo del tubo. Los quemadores dc
llama de gas. Estas son:
antorcha de inducción atmosférica pueden utilizarse teniendo en
•
cuenta que sus características de construcción y la presión de
utilización permitan cl arrastre dc la totalidad del aire estequiométrico. Con el gas natural, ello obliga a utilizar presiones del
orden dc 1 bar o poner el tubo en depresión, por ejemplo por
Calentamiento directo a la llama de matrices y moldes de fun dición.
•
Esterilización a la llama de conservas de champiñones en lata, en sustitución del tratamiento clásico en marmita de vapor (autoclaves).
1
•—1
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1
GAS NATURAL
354
•
1
Calentamiento rápido por medio de quemadores llamados de chorro o «jet» de piezas metálicas. Estos quemadores, provis tos de cámara de combustión incorporada, expulsan los pro ductos de combustión a gran velocidad sobre las piezas a tratar, de forma que aceleran enormemente la transmisión
1
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APLICACIONES INDUSTRIALES
355
periódicamente se evitan generalmente desarreglos accidentales costosos y generadores de paros prolongados. El mantenimiento
se admite como cosa normal en toda clase de máquinas, pero en los equipos térmicos parece que a veces se considera como un lujo.
de calor.
•
Temple superficial por calentamiento dilecto de piezas melálicas al soplete.
•
Fabricación de piezas de vidrio por medio de sopletes.
•
Flameado y chamuscado de tejidos, torcidos, etc.
•
Soldadura de plásticos.
•
Oxicorte, soplete de orfebrería.
El quemador y todo el equipo de calentamiento con sus órga nos de regulación y de seguridad deben merecer especial aten ción.
Resulta de gran utilidad para los industriales disponer de las instrucciones de los constructvres de equipos térmicos, para la explotación, mantenimiento y reparación de sus aparatos, así como una lista de las piezas de recambio que sea conveniente te ner en stock.
Una buena práctica en el control y el mantenimiento de los 5.12.
Recomendaciones para el control y mantenimiento de equipos térmicos industriales utilizando gas
El control y el mantenimiento de los equipos térmicos es muy conveniente y normalmente resulta sencillo.
El «control» tiene por objeto comprobar cl funcionamiento y las condiciones de marcha de las instalaciones. El «manteni
miento» tiene por objeto conservar o volver a poner en buen es
tado los equipos. Caso de desarreglos o averías, la «reparación» tiene por objeto la sustitución o reparación de las piezas o ele mentos defectuosos, con objeto de volver a colocar la instalación en funcionamiento normal.
El mantenimiento consiste en una serie de operaciones que hay que prever de manera periódica: limpieza, control, compro baciones, ensayos, mediciones y sustitución normal de piezas gastadas (lámparas, por ejemplo) en vistas al funcionamiento conecto de los equipos.
La reparación es una operación ele carácter ae< id nial v pue de pre.senlar.se de improviso.
El mantenimiento tiene carácter preventivo, y en gran medida el buen mantenimiento suprime la reparación. Si aotr.'l se realiza
hornos, calderas y demás equipos térmicos, consiste en asegurar que se cumplen las condiciones de explotación que se esta
blecieron para su funcionamiento, cuyos puntos principales son: • capacidad de producción,
• calidad de los productos, • rendimiento térmico,
• seguridad de funcionamiento,
• higiene de las condiciones de trabajo, lo que implica la precisión y regulación de la combustión. Las causas de posibles desarreglos son múltiples:
• las derivadas de las condiciones de marcha de los quemado res, mecanismos, etc.,
• la obstrucción de filtros, cámaras de combustión, conductos, galerías de humos, etc.,
• las corrosiones químicas, las contracciones térmicas, los des gastes mecánicos,
• el envejecimiento de las membranas de los contadores, regu ladores de presión, etc.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
356
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357
Es fácil establecer criterios sobre los elementos que hay que
Estas observaciones, enunciadas en forma negativa, podrían
controlar y cómo debe hacerse su mantenimiento, excepto en lo
hacer creer en una dificultad excepcional en el control y mante nimiento de los equipos térmicos de gas. Pero significan, sola mente, que deben evitarse los errores procedentes de interven
que se refiere a la combustión.
No hay regla general aplicable a cómo debe realizarse la com bustión en los equipos térmicos.
Debido a que el contenido de calor en productos de combus tión es mínimo para una temperatura determinada, cuando la
ciones mal preparadas, fundadas en referencias insuficientes con respecto al normal funcionamiento de los equipos.
sirvan para buscar cl mejor funcionamiento de un aparato u
Exponemos a continuación las recomendaciones establecidas por la «Comisión de las Utilizaciones» de la Association Technique de l'Industrie du Gaz (A.T.G.) de Francia, con motivo de su 92.° Congreso. Dicho documento consta de tres partes:
horno existente.
•
combustión se realiza estequiométricamente, es decir, sin exceso ni falta de aire, no se obtienen datos de aplicación general que
En efecto, la composición de los productos de combustión puede depender de los efectos químicos particulares que se de seen obtener sobre los productos a tratar (metales, productos cerámicos, decorados, colores, etc.) o corresponder a niveles de temperatura impuestos por los procesos, o resultar de los efec tos de dilución por aportaciones adicionales de aire resultantes de la concepción de los equipos. De la misma manera, la naturaleza de las llamas, unida a la
intensidad mayor o menor de la combustión, es función de las transferencias de calor deseadas, progresivas o localizadas.
En general, todo cl control de la combustión debe referirse a las condiciones particulares propias del equipo examinado, tal como el constructor lo lia previsto y tal como la práctica de la explotación industrial lo ha confirmado o ha hecho variar volun tariamente. Cualquier regulación de la combustión que tenga por efecto cambiar la composición dc los productos de combustión en contacto con las cargas tratadas, los soportes de carga o las paredes de los intercambiadores de calor, no debe realizarse si no es con la seguridad dc que la modificación de la composición es compatible con la calidad de los tratamientos y el comporta miento de los materiales.
Igualmente, las regulaciones que tienen por efecto cambiar la marcha de la combustión, su intensidad, la forma de las lla mas, etc. no deben realizarse si no se tiene la certeza de que las condiciones de los intercambios térmicos con la carga y los ma teriales se mantienen rigurosamente o se mejoran.
5.12.1
Primera parte: control y mantenimiento corriente de
los principales elementos de los equipos térmicos de gas.
®
5.12.2
Segunda parte: reparaciones, casos de avería.
•
5.12.3
Tercera parte: medios corrientes de control.
5.12.1.
Control y mantenimiento de los equipos térmicos de gas
Se presenta bajo la forma de unos cuadros correspondientes a cada uno de los elementos componentes de los equipos:
En la primera columna se detalla el componente objeto del mantenimiento. En la segunda columna se establecen los con
troles que deben hacerse sobre el componente.
En la tercera columna se detallan los medios utilizados para establecer los controles anteriores.
En la cuarta columna se hace referencia a la periodicidad dc los controles.
En la quinta columna se detallan las anomalías eventuales que pueden haberse descubierto con los controles.
Finalmente, en la sexta columna se incluyen las operaciones de mantenimiento que deben efectuarse, para conservar en buen estado los aparatos o para volver a colocarlos en buen funcio namiento.
tmM
AUMENTACIÓN DE FLUIDOS
Elemento
Control
Canalizaciones
Estanquidad
Periodicidad
Medio
Puesta en presión 1 año
Anomalía eventual Operación de mantenimiento Fuga
manómetro
Agua jabonosa
Caudalímetro Manómetro
1 año
Válvula o gri- Estanquidad
Puesta en presión 1 año manómetro
ción de caudal
Falta de caudal
Falta de presión
Localización de la obstrucción
(£Ü
(pérdida de carga) y limpieza o reparación
fo de regula-
externa
paración (elemento de calización, junta, soldadura, racor, etc.)
Helio
Paso libre
Localización de la fuga y re
Fuga
Sustitución de juntas o pren sa-estopa
Agua jabonosa Heüo
Estanquidad
1 añc
Manómetro
Fuga
interna
Libre funcionamiento de los ór
Sustitución de juntas y «clapets» internos o sustitución del elemento
1 año
Manual
Imposibilidad de Desatascamiento o sustitución maniobra
del elemento
Fuga
Sustitución de las juntas
ganos
Filtro
Estanquidad
Puesta en presión 1 año
externa
manómetro
Agua jabonosa Obstrucción Colmatación
Visual Manómetro
Filtro gas:
Pérdida de presión Limpieza o sustitución
J
1 año Filtro aire:
según situación tomi
AUMENTACIÓN DE FLUIDOS Elemento
Control
Medio
Reguladores de Presión de salida Manómetro
Periodicidad Anomalía eventual Operación de mantenimiento 6 meses
Perturbación de la Regular
presión de salida
presión 1 año
Regulación defec- Sustitución
Estado de la membrana
Visual
Estanquidad
Manómetro
1 año
Fuga
Agua jabonosa
1 año
Fuga
Manómetro
1 año
Regulación defec- Limpieza de los órganos de
tuosa
Estanquidad
Limpieza o sustitución del «clapet» y asiento
interna
Sustitución de las juntas
J
externa
Libre funcionamiento de los ór
tuosa
regulación
Vil
ganos
Mezclador de
Composición de la Analizador de gas 1 mes
aire y gas
mezcla
Combustión defec- Limpieza y regulación del meztuosa clador a partir del análisis de la mezcla aire-gas y de los
productos de combustión
Ventilador
Obstrución del fil- Visual
Según atmósfe- Disminución de la Limpieza
tro o de la parri- Manómetro Ua de aspiración Caudalímetro
ra ambiente
presión
Estado de las- pa- Manómetro
1 año
Disminución de la Limpieza en caso de obstrucpresion ción
las
Caudalímetro
Velocidad de rota- Cuenta ción " velocidades
iaÉ
Sustitución si es necesaria
1 año
Disminución de la Comprobar la tensión de las presión
concas
Comprobar la conexión eléc trica
Comprobar los rodamientos
HÉÉ
jfcfcffi
jáálfól
QUEMADORES Y ELEMENTOS DE CALDEO Y SUS ACCESORIOS Elemento
Control
Medio
Periodicidad
Visual
Según utilización
Anomalía eventual Operación de mantenimiento tgi
Tubo
inmergí- Estanquidad
do
Puesta en seguri- Cambio de tubo dad, fuga de agua, obturación por el agua. laüll
Limpieza interior
Visual
Según utiliza-
Pérdida de poten- Limpieza
ción
cia
Retroceso de Ha- Regulación del quemador mas
llgj'l
EQUIPO DE REGULACIÓN
Captador de temperatura
Verificación-conVisual 3 a 6 meses traste del capta- Comparación con
dor
aparatos patrón
el
elemento
defec-
tuoso
Regulación
Estado de la fun
da
Deterioro del cap- Cambiar tador defectuosa
de protección
del caDtador
I4§!
Captador de
Paso libre de los Manómetro
Según utiliza-
Regulación
presión
conductos del cap-
ción
defectuosa
3 a 6 meses
Combustión defec- Regulación de las bielas
Limpieza de los conductos del captador
tador
Servomotor
Regulación de las
Manómetro o
bielas de acciona-
Analizador
tuosa a ciertos re
miento de las vál vulas
gímenes
Tiempo de res
Visual
puesta
Cronómetro
3 a 6 meses
Tiempo de res-
ImÁ
Ajuste
puesta demasiado
largo o demasiado
Mi
corto
tí»
EQUIPO DE REGULACIÓN Elemento Válvula
Control
Medio
Periodicidad Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Libre funciona- Manómetro miento y eficacia Manual
3 a 6 meses
Defecto de regula- Desatascado, desbloqueado, ción y (o) de com- limpieza, reparación
tsü
bustión
Electroválvula
Estanquidad
Manómetro
3 a 6 meses
Fuga
interna
Regulador de
Limpieza de las
Limpieza o sustitución del ele mento defectuoso
Manómetro
presión
tomas de presión
Registro de
Libre funciona-
evacuación de
miento y eficacia Manual
3 a 6 meses
Regulación
Limpieza (ver alimentación de
defectuosa
fluidos) ni!
Visual
3 a 6 meses
Sobrepresión o
Ajuste
depresión anor
humos
mal
EQUIPO DE SEGURIDAD
Electrodo de
Desgaste
ionización
Control de la co- 1 mes
Señal de detección Sustitución
rriente de ioniza
en ausencia de la llama
ción por un microamperímetro
Puesta en seguri dad intempestiva I'¡¿lili
Posición
1 mes
ídem.
Colocación
en
posición co
rrecta
Limpieza Célula
Desgaste
Visual
1 mes
Control de la co- 1 mes
rriente por ampe rímetro o minivoltímetro
ídem.
Limpiarlo
Señal de detección Sustitución en ausencia de la llama
Puesta en seguri dad intempestiva
i¡íM
mn
EQUIPO DE SEGURIDAD
•J1U0
mopar
Control
Medio
Limpieza
Visual
Periodicidad Según atmós
Suciedad disminu- Limpieza
fera
yendo la eficacia
Situación
Mala señal, segu- Sustitución ridad no asegura
patrón
da
Visual
1 mes
Mala señal, segu- Colocación ridad incompleta
.•jvaivula
Estanquidad
|gg
ción con aparato
Desgaste o enveje- Visual o compara- 1 mes
cimiento
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Manómetro
3 meses
Fuga
en
posición
co-
Sustitución del claoet o
del
rrecta
elemento
Buen funciona-
Puesta en seguri- 3 meses
Órgano defectuoso Sustitución inmediata
miento
dad voluntaria
o fallo en la eje cución de la orden
mostato
Eficacia
Ensayo de sobre- 3 meses pasar la tempera tura de consigna
Eficacia
Ensayo de varia- 3 meses ción de presión de
;udor
ostato
Fallo de corte
Sustitución
Obstrucción de
Limpieza de las tomas de pre-
las tomas, meca-
sión
nismo y (o) con- Sustitución de los contactos
consigna
tacto eléctrico de fectuoso
Reculación
Respuesta inade-
Manómetro
Nueva regulación
cuada
i rotador de
Eficacia
Visual (posición)
¡ción, rope-
medida eléctrica
>r, final
(señal)
de
3 meses
Señal defectuosa
Colocación en estado correcto Sustitución
rera
EQUIPO DE SEGURIDAD
'¿lamento
íario de
Control
Temporización
ido (pro
Medio
Visual Cronómetro
Periodicidad
3 meses
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Secuencias dema- Colocación en estado correcto siado largas o de- Sustitución masiado cortas
bador de
jndido)
HORNO
eda solera
Estado del refrac tario
Examen visual
Según estado
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
completo
máx. 1 año
desplazadas o re- reparación
jra Solera móvil
IB8
formadas
•> derechos
Estado del refractario
Examen visual completo
Según estado
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
desplazadas o
reparación
agrietadas Vagoneta
Estado del refrac
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
Visual
desplazadas o
tario
reparación
agrietadas .a na, agua,
Estado y eficacia Examen visual completo de la junta
Según estado máx. 1 año
anto) ductos
Paso libre de los
.rías
humos
junto
Visual manómetro
Según estado 6 meses
Fugas anormales
Reposición de la junta
t¡p8
Reconstrucción de las paredes
ktmsi
Pérdidas de calor Pérdidas de ren
dimiento Sobre presión
Estanquidad de
Examen visual
las mirillas
completo
Entrada de aire, Colocación en estado correcto salida de humos Sustitución de las mirillas
Temperatura
Visual pirómetro 3 meses
Temperatura de-
de referencia
Colocación en estado correcto
masiado elevada o sustitución de los pirómedebido a una me- tros fijos dición fija defec tuosa
r^
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
5.12.2.
367
Reparaciones, caso de averías
co
O
i
Acabamos de pasar revista a los elementos componentes de los equipos térmicos que han de ser objeto de operaciones co rrientes de control y mantenimiento. También se han señalado las anomalías eventuales propias de cada uno de ellos.
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33
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3
En el caso en que una de esas anomalías se identifique con la causa de una avería, la reparación de ésta es idéntica a la ope
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ración de mantenimiento.
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Sin embargo, puede suceder que la causa de una avería no sea inmediatamente identificable, y que la búsqueda de esa causa ne cesite una encuesta metódica que puede conducirse siguiendo las indicaciones contenidas en esta segunda parte.
No debe olvidarse que la investigación de las causas de una avería se facilita grandemente cuando la instalación está provista de un cuadro de señalización de defectos.
En esta parte, las averías posibles de los equipos térmicos se ce
CU H
O
BU
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reparten en tres fases cíe funcionamiento:
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~ 3 i-*
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Averías dc encendido
5.12.2.2.
Defectos que afectan a la producción
5.12.2.3.
Paros intempestivos
Al igual que anteriormente, se presenta en forma de cuadros. En la primera columna se designa el elemento componente o la característica del equipo. En la segunda columna se enumeran
2.2
73 co ed c3
5.12.2.1.
"3 cr B CJ +->
las causas posibles de la avería. En la tercera columna se indica
la operación a efectuar para la reparación y, finalmente, en la quinta columna se señalan las precauciones eventuales que de ben tomarse.
co
W
Antes de emprender una reparación hay que asegurarse de que la avería es efectiva y no aparente. Si para la reparación tiene que eliminarse la acción de un órgano de seguridad o de mando, esta eliminación no debe conservarse más que el tiempo estrictamente indispensable.
fí'2^3
í*
5.12.2.1. a)
Averias de encendido de los quemadores
Falta dc alimentación de aire
Componente o característica Ventilador de aire
Operación
Causa posible Falta
de
Medios
Precauciones
alimentación Restablecer la alimenta- Voltímetro
eléctrica del motor
ción comprobando los circuitos.
Motor quemado
Sustitución
Cortar la corriente.
Rotación invertida
Invertir los hilos
Cortar la corriente.
Rotura o deslizamiento Sustituir
o
tensar
Cortar la corriente.
las
de las correas de trans- correas misión iaóM
Rotura de cojinete agarrotamiento
o Sustitución o engrase
Cortar la corriente.
Válvulas de seguridad Colocar las válvulas y gas o registros de aire registros en posición cocontrolando el arranque rrecta en falsa posición
Temporizador de arran- Regular los relés, sus- Cronómetro
que después de paro de- titüir o temporizar pro-
Si
temporizado
provi
sionalmente, colocar un
sajustado o deteriorado visionalmente
cartel señalando el nue
vo tiempo.
Registro de aire
Agarrotamiento de los Desbloquear, engrasar mecanismos bra
de
ViÉÜ
manio
Rotura de un mecanis- Repasar fttftty
mo de maniobra
Defecto del sistema eléc- Repasar trico, hidráulico o neu mático
Precauciones
Componente o característica
Operación
Causa posible
t'fiti
Medios
Caudal o presión de aire El ventilador no gira o Ver las causas posibles con ruido anormal
ta¿g
anteriores de ventilador
Registros de aire que no Ver las causas posibles pueden maniobrarse de registros de aire Registros de visita abier- Cerrar los registros tos
Detectores de caudal o Regular, sustituir o fi- Manómetro de presión de aire desa- jarlos provisionalmente rreglados
o
deteriora
Si fijados provisional mente, colocar cartel advirtiéndolo
^p
dos
Filtro de aire o tela me- Limpiar tálica de protección obs truida
Parar el ventilador i*¿
Conducto, tubería, jun- Repasar ta o recuperador aguje reado
Conductos de humos o Desobstruir, limpiar
recuperador obstruido Entrada de aire nuevo Abrir, desobstruir, insuficiente, en el local agrandar o taller
tyi
b) Defecto de alimentación de gas
Componente o característica
Operación
Causa posible
Medios
Precauciones
LjjiaÉi
Caudal o presión de gas Válvulas manuales ce- Abrir las válvulas iradas
Ifili
Válvulas
de
purga
o Cerrar las válvulas
eventuales abiertas
Si maniobradas a mano,
Válvulas de mando eléc- Comprobar la alimentatrico o neumático per- ción maniobradas a ma-
aislar el gas en el que
maneciendo cerradas
mador
no o sustituirlas
Lyj
Aislar el gas (eventualmente: purga en nitró
Filtros de gas obstruí- Limpiar dos
geno)
Detector de caudal o de Regular, sustituir o inu- Manómetro presión desarreglado o tilizar provisionalmente estropeado Regulador fuera de ser
t^j
Si inutilizar provisional mente, colocar pancarta advirtiéndolo
vicio
Regulador
de
Aislar el gas
presión Válvula de toma de im-
Je encendido
pulsión cerrada o toma obstruida
Membrana de regulación Sustituir membrana estropeada o perforada
Aislar el gas
Asiento del «clapet» obs- Desmontar el regulador truido y examinarlo o susti
Aislar el tas
tuirlo
c)
gas, rehacer
cuidadosamente las jun
Defecto de barrido
Se designa por «barrido» la operación que consiste en venti lar las cámaras de combustión o los recintos calentados directa
mente con gas mediante aire fresco, con objeto de evacuar los gases que se hubieran podido acumular durante el paro de los quemadores. iigi
Componente o característica
Operación
Causa posible
Medios
Precauciones
Si inutilizado, señalarlo
Componentes eléctricos Relés temporizadores o Identificar el relé, reemde mando deteriorados plazar o inutilizar
con pancarta
(tjjaij
Cortar los bornes y sus
Cables deteriorados
tituir cables
Otros componentes
Presión o caudal de aire
ver a)
Manómetro
iffifl
insuficiente
Presión de gas incorrec-
ver a)
ta, insuficiente o exce- Restablecer valores norsiva
males
Presión del vapor o tem- Bajar presión o enfriar peratura excesiva o ni vel de agua (calderas) insuficiente o excesivo
Falta de fluido motor Restablecer la presión Manómetro (aire
comprimido
iffit»
de de aire comprimido
mando de válvulas) Válvulas
manuales
de Cerrar las válvulas con
Aislar (cerrar) el gas
posición controlada en troladas posición incorrecta
más arriba
Válvula de seguridad de Comprobar válvulas de posición controlada en seguridad: sustituirlas posición incorrecta
Aislar (cerrar) el gas
Registros de aire o de Maniobrar los registros humo en posición inco rrecta
más arriba
ItfÉ
d) Defectos de los sistemas eléctricos de seguridad
Componente o característica
Causa posible
Operación
Prebarrido
Componentes eléctricos
Chispa de encendido
Transformador
de
Medios
Precauciones
ver a)
en- Restablecer la conexión Voltímetro
Cortar la corriente an tes de intervenir
cendido desconectado o sustituir
quemado
Arcos parásitos sobre el Observar las chispas, Voltímetro circuito alta tensión piar (polvo), secar (hu
j
Cortar la corriente antes de intervenir
medad), sustituir cables o aisladores
Válvulas de gas o regis- Colocar válvulas y regis tros de aire controlando tros en posición correcel encendido en posición ta incorrecta
Detector de llama
J
Enclavado por detec- Observar por la mirilla Controlador eléctrico ción parásita (células) suprimir la llama para- universal sita. Sustituir
Enclavado por corrien- Comprobar blindaje tes
parásitas
(electro- eléctrico.
dos)
Cambiar
Cortar corriente, antes
ca-
de intervenir
bles
Tubo de visión de célu- Limpiar. Colocar en po- Visual la sucio o fuera de lí- sición correcta nea o electrodo de ioni
zación desplazado
En corto circuito por Secar, limpiar, comprohumedad o polvo
bar que el aire de barri
do está limpio, filtrado o sin aceite
Tensión
de alimenta- Restablecer la tensión Voltímetro
ción insuficiente
j
correcta
(Jg
J Componente o característica
Causa vosible
Operación
Precauciones
Medios
(n¡¡jI!
Ensartado deficiente del Taponar, ensartar «coffret» o de la célula Señal de detección insuficiente
Comprobar tubo de vi- Controlador
universal,
sión o posición de elec- utilizar una llama o sitrodo, observar la Ua- mulador eléctrico ma, comprobar los cir cuitos eléctricos. Susti tuir los aparatos
Tempertura de los apa- Aumentar el caudal de Comprobar con el toque ratos demasiado eleva- aire de refrigeración, de la mano da Colocar una pantalla térmica
•t^
titiüijijl
5.12.2.2. Defectos que afectan a la producción a)
TuM*
Defecto de rendimiento *tmá.
El rendimiento considerado es el rendimiento térmico igual
al cociente del calor útil por el calor contenido en el combus tible.
Componente o
Rendimiento
de
Operación
Causa posible
característica
Medios
Mi».
Dejar enfriar. Seguir las
com- Mal estado del quema- Separar
bustión
Precauciones
instrucciones para repa rar y montar correcta
dor
mente
Posición aire-gas inco- Restablecer rrecta
~
proporcio- Análisis de humos
nes, comprobar la ali
No enviar aire a los in
quemados
mentación de fluidos
Temperatura aire o gas Limpiar los cambiado-
Aislar el gas. Dejar en
incorrecta
friar
"
res de calor, revisar con ductos y galerías
feia^
Defecto de tiro o circu- Desobstruir, reparar
Aislar el gas. Dejar en
lación de humos inco- conductos y recuperado-
friar
rrecta. Recuperadores
res
obstruidos o agrietados
(gg¿!
tgg|)
Componente o característica
Causa posible
Operación
Rendimiento del inter- Mal estado del recinto Reparar paredes refraccambio de calor térmico tarias o metálicas
Medios
Precauciones
Seguir los planos e ins trucciones del construc tor, para reparar o mon
Incrustación de las su- Limpiar
tar
perficies de intercambio
elementos defectuosos
correctamente
los ¿•i¿¿M¡
Cortocircuitos de los hu- Reparar mos
Entradas de aire parási- Calafatear tas
Mala disposición de la Restablecer carga
Mala alimentación del Restablecer fluido a calentar (calde
ras, generadores de aire caliente)
Fugas de agua en el re- Reparar cinto
Mal aislamiento térmico Reparar
No
provocar
sobreca
lentamientos locales Ca¿£
b)
Defecto de potencia útil
Componente o característica
Causa posible
Operación
Potencia del quemador Mal rendimiento de
Medios
Precauciones
Ver: a) de 5.122.1
combustión
Limitación del
caudal Ver: a) y b) 5.122.1
de aire o de gas
Potencia de los inter- Mal rendimiento del in- Ver: a) de 5.122.2 cambios o transmisio- tercambio o de la transnes de calor misión de calor
Limitación de la poten- Ver anteriores cia del quemador
Limitación del
caudal Ver a) de 5.1222
de humos
\m!i
Limitación de la alimen- Ver a) de 5.1222 tación de los productos o fluidos a calentar
4—
I'KJJJWI
5.12.2.3. Paros intempestivos a)
Hajff
Defectos eléctricos
Componente o característica
Alimentación eléctrica
Causa nosible
Operación
Medios
Microrruptura o tensión Investigar
Precauciones
Relés testigcr
eventualmente insuficiente
Detector de llama
Señal de detección even- Regular las llamas
Controlador eléctrico universal
tualmente insuficiente
Leer to
Relés eléctricos
Relé averiado
Sustituir o eliminar pro- Voltímetro visionalmente
Cableado averiado
Aserrar
los
bornes,
reemplazar cables
Aparellaje eléctrico (manostratos, termosta tos, cajas de control de
posición)
Aparatos averiados
Sustituir, reparar, anu lar provisionalmente
Cables deteriorados
Aserrar los bornes, reemplazar cables
Vibraciones
Sustituir la fijación, es tablecer conexiones fle xibles
Temperatura excesiva
Enfriar o desplazar el aparato, colocar pantalla térmica
una
atentamente
las
instrucciones del apara
"-1
'
i
"~i
'—i
'—l
^
**"%
""l
APLICACIONES INDUSTRIALES 5.12.3.
379
Medios de control corrientes
•d d,
36 .o
Los medios de control corresponden a los instrumentos de me dida utilizados corrientemente por el personal de explotación de las fábricas.
cu
.« a
Vamos a citar a continuación los aparatos utilizados en la industria, sin dar las recomendaciones esenciales correspondien tes a su buen empleo, que están suficientemente detalladas en
C/5 o co
'Sb
S a
las instrucciones de los fabricantes.
.11
a)
~ CU
o"0
2| ag
2
co
Medición de presiones y presiones diferenciales •
Manómetros de tubo en U.
•
Manómetros metálicos (manómetros Bourdon).
•
Manómetros de membrana.
• •
Manómetros de campana. Manómetros de doble campana.
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Medición de caudales •
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de pistones rotativos,
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de membrana. •
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CU
Caudalímetros:
órganos deprimógenos (diafragma-venturi-tobera),
cu •"
SM °CU
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Contadores:
de turbina,
CU -M •— CO
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CU C
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Medición de temperaturas
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"O cu 10
caudalímetro de flotador.
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Cm (J
Pares termoeléctricos. Resistencias termométricas.
Pirómetros de aspiración. Pirómetros de radiación.
Cu cu •O
O cU
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tj Cj
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B <
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S efe «o S'ra -
2 <" 3>
S-2ft-|
Pirómetros ópticos de desaparición de filamento. Pirómetros de contacto.
Comparación de temperaturas por cambio de color. Termómetros de tensión de vapor. Termómetros de líquido. Conos fusibles.
I
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380
d)
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.!«•
GAS NATURAL
Análisis de los productos de combustión •
Métodos de absorción volumétrica.
Aparatos de Orsat. Analizadores de tipo «Fyrite». Detectores tipo «Draeger».
Analizadores de radiación infrarroja. Analizadores magnéticos. Analizadores de conductibilidad térmica.
e)
Determinación del punto de rocío •
Temperatura de rocío.
ÍNDICE alfabético
• Aparatos de punto de rocío tipo «Alnor». • • f)
Higrómetros de condensación. Higrómetros de cloruro de litio.
Otras medidas •
Medidas acústicas.
•
Medida de velocidades de derrame: anemómetros,
sondas de Prandtl (o Pilot dobles).
• Medida de las velocidades de rotación de máquinas gira torias.
•
Medidas eléctricas.
Abrasado de tejidos, 329 Acetileno, producción, 319 Aire, características, 3 —.coeficiente de suministro, 18 —.exceso, 18 — teórico, 17 Aislamiento del horno, 48 Aleación de cobre, recocido, 263
— ligera, fusión, 262 Alimentación de fluidos, control y mantenimiento, 358-360 Alta presión, fórmulas, 106 , gráficos, 106 Altos hornos, 212 American Petroleum Institut (A.P.I.), 56 American Standard Association
(A.S.A.), 56 Amoníaco, producción, 319 Anhídrido carbónico, características, 3
Arca de decorar, calentamiento. 292 recocer, calentamiento, 291 Aros forjados, recocido, 238 Atmósfera endotérmica, 242
— rica en nitrógeno, 242 Avería de encendido, 366-372 —, reparación, 366 Azufre, producción, 321 Azulejo decorado, fabricación, 309
Cal, fabricación, 264 Caldera, conversión a gas natural, 201
—.funcionamiento mixto gas natural-fuel oil. 205 — industrial, equipos, 196 Calentamiento de líquidos por com bustión sumergida, 347 el fondo de cuba, 349 tubos sumergidos, 351 — directo, 340 — indirecto, 348 Calor de condensación, 14
— de producto de combustión, re cuperación, 49 — del gas, medición, 12 — latente, 31
— perdido, prevención, 48 .recuperación, 48 — sensible, 31 Cámara de combustión,
volumen,
129
mezcla, 136 Cambiador de calor, 78 Campo válido, medida, 79 Canalización a baja presión, abaco cálculo, 109
Carga térmica, recuperación, 49 — volumétrica, 130
Catalana de Gas y Electricidad, S. A., 55
Baja presión, fórmulas, 106 , gráficos, 106 Bunsen, mechero, 145 Butano, características, 3
Caudal, medición, 378 Cemento, fabricación, 273 Cerámica, característica cocción, 298 —.cocción, 299
1
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"*"*"1
'
I
1
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""Tí
1
•—I
«***"%
•*»/
vt i Cerámica, empleo gas natural, 296 — sanitaria, cocción, 310 —.secado, 297 Coeficiente rugosidad tubería, 112 — suministro aire, 18
Combustible,
problemas dc coste,
42
Combustión del gas, características,
Diagrama de Ostwald, 28 Distribución del gas natural, 55 Elemento dc caldco, control y man tenimiento, 362
Cono de combustión, 148 Constante dc conversión, 15
Consumo de gas natural, 4 — específico dc gas, 43, 52 — mundial de gas natural, 6 Contador de gas, 78 pistones rotativos «Delta», 81
térmico dc gas. 354, 357 —, medios corrientes, 378 Cuantómetro dc turbina G.W.F., 8.1
Cuba calentada por el fondo, 350 tubo sumergido, 352
Equipo de
Chamuscado dc hilos, 329
tejidos, 329 Dardo, soplete, 180 Defecto de producción, reparación,
asociado, 1
regulación. Control y
mantenimiento, 362
seguridad. Control y manteni miento, 363, 364 — térmico industrial. Control mantenimiento, 354, 357-366
y
Estación receptora, 58 , aparatos, 62 .clasificación, 59
dc gas a alta presión, esque ma, 60
, modo dc instalación, 86 , normas de instalación, 85 , precauciones, 89 , seguridad de la instalación eléctrica, 88 , valvulería, 62
en función del lador aire, 22
—.velocidad. I'.»
Delbourg, diagrama, 23 Densidad de gas, medición. 14 Desprendimiento di- II una. veloci
, características de los compo nentes, 3
.componentes, 1, 2 .consumo, 4
, consumo mudial, 6
.diagrama combustión, 28 >distribución, 55
.eficiencia utilización, 39 .empleo, 35
en España, características, 7 —(— esquema transporte, 57 , fabricación cal, 264 ,— cemento, 273
fgenerador vapor, 193 , industria agrícola, 322
.industria de alimentación, 322 maderera, 336
to, 338
papelera, 336 química, 316
— de secado de pintura, 343 Etano, características, 3
textil, 328 vidrio, 283
Explotación, comprobación, 119 —, paro, 119
—.puesta en marcha, trámites, 122 servicio, 119 Factor de conversión de unidades, 15
Feeder, calentamiento, 290 Filtro de gas, 62
natural, ejemplos, 63 Fiorcntini, regulador de presión, 73, 74, 75
Francel, rcguladoi presión, 72
1mercados, 35, 36 .metalurgia, 211
, — metal no férrico, 259 no asociado, 1
, preferencia utilización, 38 .siderurgia, 211 ,reservas, 4
, utilizaciones diversas, 340 , ventajas, 40
—. operaciones térmicas específicas, 353
Gas, combustión, características, 16
—, procesos especiales, 51 — quemado parcialmente, 241
—,—, recirculación. 46 —.consumo específico, 52
—, uso específico, 39
—,
CAZ DR FRANCE, 113
373-375
Dellapración, variación de velocidad
, calentamiento directo, 340
industria cerámica, 296
Estufa Sat, esquema funcionamien
Cubilóle dc fusión, hierro fundido, 213
, aplicaciones industriales, 193
funcionamiento, 121 resistencia mecánica, 119
358-360
horno, 365
Hidrógeno, características, 3
—,— peso específico, 14 —,— potencia calorífica, 13 — natural, 1
Ensayo de estanqucidad, 120
Control de alimentación de fluido,
equipo dc seguridad, 363, 364
—,— densidad, 14
ENAGAS, 7, 56, 59, 85. 122
T.U.
quemadores, 361 — del equipo dc regulación, 362
Gres, 296
Encendido automático, 191
turbina Elster, 82
elementos de caldeo, 361
Gas, medición calor, 12
—,— presión, 10 —,— volumen, 9
16
—, diagrama, 25 — en tres etapas, 181 —, rendimiento, 29 — sumergida, 168 .calentamiento de líquidos, 347 —, temperatura teórica, 19
procesos industriales, 43
— reductor, producción, 319 .regla cálculo, 118
— de Lace», 321
Generador dc aire caliente, 343
—, familias, 23
—, liontos especial, s, 51
atmósmera, 252
Detección de llama. \')\
—. iiilercainhiabilidad, 21
Diagrama de combo--lión. 2^ .- I: 1 .- • P.V ' '•! V
— intercambia!'!
vapor, 193 , reculación. 198 .seguridad. 198-201
dad, 21
383
índice alfabético
ÍNDICE alfabético
382
. !">'ÜrÍ'>M. '"
l'*3
—.producción, 318 Hilo, chamuscado, 329 Hoffmann, horno, 151, 301
— con quemados de radiación, 346 — continuo, 233 Dressler, 311
—.control y mantenimiento, 365 — crisol, fusión plomo, 261 vidrio, 289
— de acero Martin Siemens, 175, 215 atmósfera controlada, 239
cemento, empleo gas natural y carbón pulverizado, 282 quemadores llama rotativa, 280
balsa, 284
campana, 232 doble cuba vertical, 270 fuego móvil, 300 fusión, 213 eléctrico, 217 de vidrio, 295 recalentamiento, 218 recocer vidrio, 295
recocido de fundición férrica, 244
perlítica, 245 solera fija, 231 móvil, 225, 226 tratamiento térmico, 228
— especial para gas, 51 — industrial a fuego directo, 343 — muflado Dressler, 310
—, rendimiento propio, 30 — rotativo de cemento, 275
, quemadores de gas, 277
— túnel, 233 ele cerámica, 301, 307 muflado, 311
Ignición, temperatura, 19 Impulsión generador, 131 Incineración de efluentes, 343
Industria maderera, gas natural, 336
— papelera, gas natural, 336 — química, gas natural, 316 t como combustible, 316 ( primera materia, 318 — textil, gas natural, 330 .máquina Rame, 331 . poHincnr/aeión. 330
1
^1
*!
Industrial textil, presecado por ra diación, 330
, secado mediante cilindro, 330 ,— por convección, 330 Inflamabilidad, límite, 19 Instalación eléctrica, seguridad, 88 Intercambiabilidad de gases, 21 International Gas Union (I.G.U.), 35, 39, 132
Kowarski, fórmula determinación número Reynols, 103 Leche en polvo, fabricación, 327 Límite inflamabilidad, 19 Lozas, 296, 302 Llama blanca, 127 —.características, 126 — con mezcla previa, 127 — de antorcha, 127 difusión, 127 pura laminar, 127 turbulenta, 127
— sin mezcla previa, 127 —, velocidad crítica retorno, 21 —,— desprendimiento, 21 —,— propagación, 131 Mantenimiento de alimentación de
fluido, 358-360 elemento dc caldeo, 361 plantas, 45 quemadores, 361
— del equipo dc regulación, 362 seguridad, 363, 364 — térmico de gas, 354, 357 horno, 365 Masoneilan, regulador presión, 74 Mercado colectivo, 35 — comercial, 35 — doméstico, 35 — industrial, 35 Metano, l —, caractcrísl icas, 3
—, temperatura teórica combustión, 20
Metanol, producción, 319 Meycrhofer, quemador, 152 Mezcla, sistemas, 136 Mezclador, 136
— de aire inductor y gas despresu rizado, 137 inducción, 136 atmosférica, 136 Mineral, reducción directa. ?.\2
385
índice alfabético
índice alfabético
384
Producto de combustión, caracterís
Modulación del quemador, 131
túnel de gran velocidad, 162,
, contenido calorífico, 31
Nitrógeno, características, 3 Operación térmica gas, 353
Quemador de tubo sumergido, 168, 169, 170
ticas, 126
específica
del
.rendimiento total, 31
, diagrama pérdida calor, 32 Propano, características, 3 Proteína sintética, producción, 320
163
—.definiciones, 130 — doméstico, 143, 144
Punto de rocío, determinación, 379
Ostwald, diagrama, 28 Oxicorte, 256 Oxígeno, características, 3
—.elección, 186 —.elementos auxiliares, 190
Quemador a chorro («jet»), 47, 159,
— emisor de radiación infrarroja,
Panel radiante catalítico y antidcflagrante, 165
gas natural, 196 —.adaptación a combustibles, 183 — apropiado, uso, 45
— radiante luminoso, 164 oscuro, 164
Panhaudle, fórmula pérdida carga, 112
Papel pintado, secado continuo, 337 Paro intempestivo, reparación, 376, 377
Pascal, unidad, 12 Pastelería industrial, cocción, 326 Penacho, soplete, 180
Pérdida de carga lineal, 104 singular, 114 sobre tramo longitud L., 105
Peso específico del gas, medición, 14
Piezas
de
vidrio,
rccalentamiento,
293
Pintsch-Bamag,
regulador
— autoestable, 147 —, avería encendido, 366-372
—.características v aplicaciones, 187189
— C.E.R.I.C., 308
—.clasificación, 132, 133
—.control y mantenimiento, 362 — de alta velocidad, 47 antorcha, 144, 145 con corona de estabiliza ción, 144 cocina doméstico, 147 combustión sumergida, 168, 169, 170, 171, 172 corona, 145, 146
divergente de gas, 152 paralela, 154
presión,
gas compacto, 158
Poder calorífico, 13 inferior (P.C.I.), 13 . medición, 13 superior (P.C.S.). 13 — comburívoro, 17 — fumígeno, 17
llama blanca, 151
con
Potencia calorífica, 13 , medición, 13
— .factores conversión unidades, II —, medición, 378
—, registrador. 84 combustión,
pre
142, 143
análisis,
— industrial, 125 — intensivo, 159
— jet, 159, 162. 163 — mixto, 126, 172, 174, 175, 177, , gas y fuel-oil Pillard, 275 —, modulación, 131 — monobloc aire insuflado, 154, —- multicombustible, 126, 172, 175, 177, 178 — multigás, 126 — radiante a alta temperatura, 160, 161 poroso, 159, 161 —.regulación automática, 192 — sin mezcla previa, 151, 185 —.tipos, 135 — todogás, 126
178
155 174,
159,
Rame. máquina, 331 —, —. Esquema, 334 —,—.Ventajas económicas, 332 —,—.— técnicas, 332 Red interior de tuberías, 91 , canalización, 95, 96 ,— en cajas y galerías técnicas, 95 ,— enterrada, 94 .condiciones recorrido, 93
, determinación
trazado
92
por aire inductor, 140, 141
— específica, 131 — térmica, 130 Potencial dc combustión, 23, 25 Presión de gas, medición, 10 — diferencial, medición, 378
de
en
mezcla precia, 135, 184 en máquina mezcladora,
—, secado por infrarrojo, 313
379
régimen de difusión
turbulento, 151 libre alimentado mezcla, 143 rotativa, 280
húmedo, 17 seco, 17 Porcelana, 296
— especial, 154
corriente convergente de aire, 152
73
Producto
163
162, 163
inducción
atmosféri
ca, 137 pipa, 145, 146, 147 premezcla combustión en con tacto con refractario, 146, 150 rampa, 145 rotación aire, 153 gas, 153 tubo radiante alta temperatu ra, 166. 167
, situación válvula aisla miento, 96
— interna de distribución, método cálculo, 116
Reductor de presión, 68 Registrador de presión, 84 temperatura, 84 Regulador dc presión, 68 , cualidades, 70 , estabilidad, 70 .estanquidad al cierre, 70 , fidelidad, 70
i
m
i w .«*
>
—i w T>
índice alfabético
386
Regulador de presión, Fiorcntini, 73, 74, 75 Francel, 72
, límite de presión y de cau dal, 71 Masoneilan, 74 Pintsch-Bamag, 73
Temperatura, medición, 378 —, registrador, 84 — teórica de combustión, 19 Temple, calentamiento previo, 238 Tierra cocida, 296 , productos, 29 Transmisión del calor, incremento,
, precisión, 70 , principio funcionamiento,
ventajas, 45, 46 Tratamiento de superficies, 343 Tubería, características, 97
, requisitos, 77 «Rockwell», 76 Rombach, 75 , sensibilidad, 70 , sobrepresión al cierre, 80 Rendimiento de combustión, 29 — propio del horno, 30 — total operación térmica, 30 Renouard, abaco cálculo pérdida
—, determinación diámetro, 100
69
ensayo de funcionamiento, 122 resistencia mecánica, 119
. espesor teórico, 98 esquema de instalación, 117 pérdida de carga en accesorios, 115
, ,
lineal, 104 singular, 114 en tramo longitud
carga
—.fórmulas pérdida carga, 107, 108 Reparación de averías, 366 Resistencia mecánica de tubería, en sayo, 120 Retorno de llama, velocidad crítica, 21
Reynolds, número, 103 Rockwell, regulador presión, 76 Rombach, regulador presión, 75
L.,
105
Tubo sumergido, 168 .calentamiento líquidos, 351 Unidades de medida, 8
Uso específico gas, 39 Válvula de cierre, 63 .cualidades, 64
seguridad, 66, 67 Secado de alimentos, 344 granos, calentamiento directo gas, 324 Siderurgia, gas natural, 211 Sistema dc medida, 8
Soldadura, control radiográfico, 121 Soplete, 180 —.dardo, 180 — de oxicorte, 182 vidriería, 182 —, penacho, 180
Técnica moderna, aplicación, 44 Tejido, abrasado, 329 —, chamuscado, 329 Temperatura de ignición, 19
—.elección y montaje, 65 —.perdida carga, 115 —, tipos, 64
Velocidad dc deflagración, 19 , variación en función del factor aire, 22 propagación de llama, 131
Ventilación atemperada de local in dustrial, 341 Vidrio, empleo dc gas natural, 283 —, recocido, 291 Volumen de humos húmedos, 17 secos, 17
gas, medición, 9 Wobbe, índice, 23
,
,
Wt
