UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA SEDE JOSE MIGUEL CARRERA
Plantas Térmicas “Tipos de Combustibles Utilizados en Calderas y sus características”
PROFESORA: LEONOR CABELLO
CARRERA: INGENIERÍA EN PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES Y AMBIENTALES.
NOMBRES: SEBASTIÁN LEIGHTON. CARLOS VÁSQUEZ.
INDICE
Introducción Caldera Combustión y combustibles Clasificación de combustibles Poder calorífico de los combustibles Normativa de emanación Conclusión Bibliografía
1 2 3 11 17 19 20 21
INTRODUCCIÓN Por medio de este trabajo se conocerá lo que es la combustión, los elementos necesarios para que esta ocurra y los factores que influyen para que se realice de buena forma; los tipos de combustibles utilizados en calderas, sus características y la normativa que rige la correcta utilización de éstos. Los combustibles poseen distinto poder calorífico, motivo por el cual se determinará cuál de ellos es el más eficiente para la utilización en calderas.
CALDERA Según el DS 48/84 caldera de vapor o caldera se define como recipiente metálico en el que se genera vapor a presión mediante la acción de calor. Una caldera es una máquina térmica que aprovecha una fuente de calor para transferir su energía a un fluido. Aunque dicho calor en general procede de la ignición de un combustible, puede ser suministrado por otros medios: energía eléctrica, energía nuclear, energía geotérmica, etc. El calor es transferido internamente en la caldera hacia un fluido, comúnmente agua o en algunos casos aceite térmico para posteriormente ser aprovechado en procesos de potencia y/o calentamiento. La parte principal de la caldera según el enfoque de este trabajo (tipos de combustibles y sus características) corresponde al hogar; que según el DS 48/84 MINSAL se define como la parte del generador de vapor donde se efectúa la combustión.
Imagen: caldera de vapor de alta presión
COMBUSTION Y COMBUSTIBLES Recibe el nombre de combustión la oxidación rápida de un cuerpo, con desprendimiento de una gran cantidad de energía en forma de calor y luz. La combustión en los hogares de las calderas, hornos industriales, fraguas y las variadas aplicaciones domésticas, es uno de los fenómenos químicos más frecuentes y el más importante de las formas terrestres de generación de calor. Se llaman combustibles y comburentes los cuerpos que entran en la combustión. Cualquier material que puede quemarse para liberar energía recibe el nombre de combustible. Los principales combustibles son el carbón mineral, la leña, el petróleo, entre otros, los cuales se componen de dos elementos químicos principales: El carbono (C) y el hidrógeno (H); reciben el nombre de combustibles hidrocarburos (carbón, gasolina, gas natural) y se denotan con la formula general CnHn. El comburente es el oxígeno (O), que en gran proporción se encuentra en el aire. La combustión es tanto más rápida cuanto mejor se mezcla el combustible con el comburente. Por esto, es lenta y superficial en la leña y carbones gruesos y es muy rápida, en forma de algo semejante a una "explosión" en los combustibles gaseosos, líquidos gasificados y carbón pulverizado mezclados con aire. Para iniciar la combustión se necesita una llama o una chispa, que sobrepase la temperatura de combustión de la mezcla, que puede ser producida por un fósforo, (llama directa) o por una chispa eléctrica, como en los cilindros de los motores a explosión. Sustancias combustibles son todas las que al combinarse con el Oxígeno del aire a ciertas temperaturas, se queman produciendo calor. A toda sustancia que se puede quemar se llama combustible. Para que haya combustión es necesaria la presencia de tres elementos que son: Combustible Oxígeno (comburente) Calor Si uno de estos elementos falta, no puede haber combustión. Ahora si están los tres elementos, la combustión puede ser mala o incompleta si: El combustible es inadecuado o de mala calidad. El aire es poco (insuficiente). La temperatura es baja Como el aire es el que da el oxígeno necesario para la combustión, siempre debe mantenerse una adecuada relación aire combustible para que la combustión sea correcta o completa. Debe pretenderse que el máximo de calor que se produce por la combustión del combustible que se quema en el hogar, sea transmitido a través de la superficie de calefacción para producir vapor o agua caliente.
ELEMENTOS CONTENIDOS EN LOS COMBUSTIBLES Los principales elementos contenidos en los combustibles usados comúnmente en las Calderas son:
Elementos Carbono Hidrógeno Azufre Nitrógeno Oxígeno Humedad Cenizas
= = = = =
Símbolo Químico C H2 S N2 O2 .-. .-.
Los distintos combustibles tienen estos elementos pero en diferentes proporciones. COMBUSTION DEL CARBONO
Combustión del carbono.- El carbono C (peso atómico = 12) puede quemarse en forma completa e incompleta, al reaccionar con dos o con un átomo de oxígeno O (peso atómico 16), respectivamente.
Combustión completa del carbono.- Cuando un átomo de C reacciona con dos de O, se produce una combustión completa, obteniéndose una molécula de anhídrido carbónico CO2.
Combustión Incompleta.- Cuando se entrega poco oxígeno a la combustión, un átomo de C reacciona solamente con un átomo de O, formándose. óxido de carbono CO.
Poder calorífico.- El poder calorífico o potencia calorífico de un combustible, es la cantidad de calor que se obtiene de la combustión completa de un kg. de dicha materia cuerpo. COMBUSTION INCOMPLETA
Combustión Incompleta.- Si el oxígeno que se entrega a la combustión es insuficiente, el combustible no se quema totalmente. En este caso se forma Monóxido de Carbono (CO) y la cantidad de calor que se aprovecha es mucho menor.
“EL MONÓXIDO DE CARBONO (CO), NO DEBE ESTAR PRESENTE EN LA COMBUSTIÓN. ADEMÁS DE SIGNIFICAR UN DAÑO A LA SALUD, SIGNIFICA QUE LA COMBUSTIÓN NO ES BUENA”
Algunos creen que mientras mayor es el porcentaje de CO2 mayor es la economía en la caldera. Esto sólo es cierto cuando en el análisis de los gases se comprueba que no hay monóxido de carbono (CO) y que el porcentaje de oxígeno (O2) que sale por la chimenea es menor al 6 %. La eliminación de CO en el proceso de combustión es de vital importancia. Esto se logra agregando aire (secundario) para convertir este CO en CO2, antes que salga por la chimenea. Para medir el porcentaje de O2, CO y CO2 que contienen los gases de la combustión, existen instrumentos especiales que se llaman ANALIZADORES DE GASES. COMBUSTION DE OTROS ELEMENTOS
La combustión del Hidrógeno (H2) produce agua en estado de vapor por que sale con los gases y humos por la chimenea.
La combustión del Azufre (S) produce Anhídrido Sulfuroso (SO2). Si este absorbe oxígeno forma Anhídrido Sulfúrico (SO3), que con el agua o humedad de los mismos gases de la combustión da origen a la formaci6n de Ácido Sulfúrico (H2SO4). Este ácido produce corrosión en las planchas y tubos. El azufre se considera como una impureza perjudicial en los combustibles.
El Nitrógeno (N2) es un gas inerte que no se quema, pero llega al hogar, se calienta y arrastra ese calor hacia el exterior por la chimenea.
El porcentaje máximo de Oxígeno (O2) que salga por la chimenea debe ser de un 6 %; el ideal es de un 2 %.
La Humedad, por ser agua, no se quema y sólo se transforma en vapor, que se pierde junto con el calor que absorbe.
Las Cenizas también son substancias incombustibles, luego no se queman.
CONTROL DE UNA BUENA COMBUSTION Hay varios factores que influyen para que una combustión se realice en buena forma. Los principales son: a) b) c) d) e)
La cantidad de aire. El tiro. La temperatura del hogar. El estado de la instalación. El tiempo necesario para asegurar una buena combustión.
a)
Cantidad de aire (aire teórico – aire práctico):
Para quemar una cierta cantidad de combustible, se puede calcular por fórmula el aire necesario (aire teórico). Sin embargo, para obtener una buena combustión, no basta disponer del aire necesario para el combustible, sino que es importante que cada partícula del combustible encuentre la cantidad de oxígeno que necesita para quemarse. Para ello debe existir una mezcla homogénea entre el aire y el combustible. Nunca un combustible puede quemarse bien con el aire del cálculo teórico; es necesario un exceso de aire. E1 porcentaje de este exceso de aire puede variar entre un 15% y un 40% dependiendo del tiempo, de la temperatura y de la turbulencia. El exceso de aire no se ocupa en la combustión, pero es necesario para asegurar el oxígeno que necesita el combustible, ya que la mezcla aire - combustible no siempre se efectúa correctamente. Para obtener el aire necesario para una combustión completa existen dos medios: Aire Primario:
Que entra directamente con los combustibles líquidos o gaseosos, o por debajo de las parrillas en el caso de combustibles sólidos. Aire secundario: Que es el aire adicional o en exceso que se agrega a un hogar para 1ograr una buena combustión.
En las calderas que queman combustibles sólidos, este aire se introduce sobre el lecho del combustible a través de la puerta del hogar o de las aberturas que éste tiene. En calderas que queman combustibles líquidos o gaseosos este aire entra por una puerta regulable bajo o alrededor del quemador por otras aberturas. La combustión requiere tanto aire primario como secundario. Lo importante es que ambos entren en la debida proporción. b) El tiro: Se llama tiro a la diferencia de presión que existe entre los gases del hogar y el aire ambiente, lo que permite el paso necesario de aire para la combustión. El tiro puede ser: b.1) Natural b.2) Artificial b.1) Tiro Natural : Es el producido por la chimenea debido a la diferencia de temperatura que hay entre los gases calientes y el aire exterior. Los gases calientes son más livianos, suben por la chimenea provocando así la aspiración del aire y una presión más baja en el o fogón. El tiro natural está en función de:
Altura de la chimenea. Diámetro de la chimenea. Diferencia de temperatura entre hogar y ambiente. Condiciones meteorológicas.
Los gases que salen por la chimenea, deben tener una temperatura menor a 180ºC, a fin de conservar la velocidad necesaria para mantener la aspiración del aire. b.2) Tiro Artificial : Es el que se produce artificialmente con un ventilador u otro medio, con lo que se fuerza la corriente de aire que entra a un hogar de una caldera. El tiro artificial se usa especialmente:
Cuando el tiro natural es insuficiente Cuando se queman combustibles sólidos Cuando hay grandes oscilaciones de carga, en razón a una generación de vapor. En calderas de tres o más pasos.
El tiro artificial puede ser Forzado o Aspirado. En el Tiro Artificial Forzado se hace llegar el aire a presión por debajo del emparrillado, utilizando ventiladores o inyectores de vapor. Mientras que en el Tiro Artificial Aspirado, un ventilador aspira los gases de la combustión a la salida de la caja de humos y los impulsa a través de la chimenea. Ventajas del tiro artificial sobre el tiro natural:
Es independiente de las condiciones atmosféricas Se adapta más fácilmente a las variaciones de carga Permite quemar carbones de menor calidad, carbones pequeños y capas gruesas de carbón.
Con el Tiro Artificial se puede variar, dentro de límites amplios, la cantidad de aire que llega al hogar, esto permite hacer trabajar a las calderas con sobrecargas mucho mayores que con tiro natural. c) Temperatura del hogar: Según sea el tipo de combustible, necesita mayor o menor temperatura para que se queme. Interesa conocer básicamente dos tipos de temperaturas: 1.- Temperatura o punto de inflamación: Es la temperatura a la cual un combustible empieza a desprender vapores inflamables. 2.- Temperatura o punto de ignición: Es la temperatura a la cual se inicia la combustión. En el hogar la combustión sólo se produce cuando se alcanza la temperatura de ignición. Con el objeto de lograr altas temperaturas en los hogares, éstos se revisten con ladrillos y materiales refractarios. Estos elementos soportan a1tas temperaturas y permiten mantener elevadas temperaturas elevadas dentro del hogar.
d) Estado de las instalaciones: El estado de la instalación es importante para una buena combustión. Cada puerta que tenga el hogar, sea de carga de combustible, de entradas de aire primario o secundario, etc., deben mantenerse en buenas condiciones mecánicas y de funcionamiento. Deben permitir abrirse y cerrarse con facilidad, deben ajustar bien, impidiendo que el aire se filtre sin control sobre el proceso de combustión. Es importante también la ubicación correcta del quemador. Deben repararse las grietas o partiduras que hayan en 1a estructura de ladrillos o albañilería para evitar entradas indebidas. “Se debe asegurar que la instalación a su cargo esté en buenas condiciones operacionales y de seguridad. Si se observan fallas que impidan la buena marcha del equipo, se deben tomar las medidas necesarias para repararlas”. e) Aspectos generales: La chimenea debe tener un regulador de tiro que debe ser accionado por el operador en el momento oportuno, para dosificar el aire de acuerdo a las necesidades. Para controlar que la combustión es correcta, la instalación debe contar con instrumentos que indiquen la proporción de los gases que salen al exterior y su temperatura. Esto permite al operador regular la combustión de acuerdo a lo que le indiquen estos instrumentos. Si alguna instalación no cuenta con estos instrumentos el operador debe recurrir a sus conocimientos y experiencias para controlar eficazmente la combustión. Una forma práctica de hacerlo es observando el extremo de la chimenea, sin abandonar su puesto de trabajo. Se recomienda abrir una claraboya o colocar un espejo que permita ver el extremo superior de la chimenea. Si no existe forma de observar la chimenea, la combustión puede controlarse observando el color de la llama y los gases en el hogar. “Una buena combustión debe eliminar a la atmósfera sólo gases calientes e incoloros, sin que se aprecien humos visibles”. Cuando se trabaja con un exceso de aire, no se ven humos por la chimenea pero después de cierto tiempo la combustión puede descontrolarse al bajar la temperatura del hogar por el aire en exceso. Como se sabe, la combustión es una reacción y por lo tanto requiere de tiempo para que se efectúe en buena forma. Por esta razón el encendido debe ser lento y a medida que se va calentando el hogar se puede aumentar paulatinamente el combustible y el aire hasta llegar un momento en que es posible obtener y mantener un régimen normal de trabajo sin ningún descontrol. Las personas a cargo de Calderas que deben dar un servicio a una hora determinada, deberán iniciar el encendido con la anticipación necesaria para no verse obligados a apurar los fuegos en perjuicio de una buena combustión.
Si el combustible está en buenas condiciones, hay aire suficiente, la temperatura en el hogar es correcta y la instalaci6n está bien hecha, la combustión debe ser buena. “Toda combustión en que se observan humos oscuros visible es una mala combustión. Esta mala combustión puede deberse a falta de aire, exceso de combustible o baja temperatura en el hogar”
CLASIFICACION DE UNA CALDERA SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE. Para su funcionamiento, las calderas pueden utilizar diferentes tipos de combustibles, los que entregan su energía calórica. Según esto existen calderas: I. II. III. IV.
De combustible sólido. De combustible líquido De combustible gaseoso Mixtas
CLASIFICACION DE COMBUSTIBLES: Los combustibles usados en la Industria se dividen en sólidos, líquidos y gaseosos; de origen natural o artificial. ESTADO
SÓLIDOS
LÍQUIDOS
GASEOSOS
NATURALES Leña Turba Lignito Hullas Antracitas
ARTIFICIALES Carbón Coke. Carbón leña. Briquetas
Petróleo
Alquitrán Bencina Kerosene Fuel – oil. Alcohol.
GAS NATURAL
Gas de alumbrado Gas pobre( gasógeno) Gas de alto horno
I. i.
COMBUSTIBLES SÓLIDOS
Combustibles sólidos naturales
Turba: Resulta de la putrefacción actual de plantas acuáticas, hierba, musgo. Es un combustible pardo oscuro, ligero y esponjoso. Contiene mucha agua, por lo que se hace indispensable someterla a un proceso de secado y posterior prensado, para usarla con éxito como combustible. Su poder calorífico de la turba puede disminuir notablemente si contiene productos terrosos. Combustibles fósiles: Los combustibles fósiles o carbón mineral, se hallan en zonas carboníferas en el seno de la tierra. Se ha demostrado que son de origen vegetal y proceden de la transformación de árboles y plantas diversas, sepultados en el seno de la tierra, en otras edades geológicas. Distinguen en general, entre los combustibles fósiles, partiendo de los más semejantes a la leña, las siguientes especies: lignitos, hullas y antracita. a) Los lignitos: constituyen la transición entre la madera y la hulla. Se encuentran en terrenos modernos, pudiendo notarse entre los más nuevos, la forma de los vegetales, que les dieron origen. Los lignitos perfectos ó estratificados presentan el aspecto pétreo de la hulla. Generalmente contienen mucha humedad, siendo necesario desecarlos antes de quemarlos en el fogón de las calderas. También con ellos se fabrican briquetas en prensas hidráulicas, bajo una presión, superior a 1000 atms. Estas briquetas arden bien con llama larga y blanca. b) Las hullas: constituyen el combustible industrial por excelencia. Son de formación más antigua que el lignito, no hallándose en ellas vestigios de origen vegetal. Sus propiedades son muy variadas, dividiéndose en tres grupos que no están realmente, bien delimitados: hullas magras, hullas de gas y hullas grasas. b.1) Las hullas magras o secas se parten por el calor en trozos pequeños y arden. Con llama corta. b.2) Las de gas se reblandecen y arden con llama larga, no subdividiéndose hasta el final de la combustión. b.3) Las hullas grasas se reblandecen, como si s fundieran y terminan por formar una masa compacta. Todas las hullas son excelentes combustibles para calderas, prefiriéndose las de gas, viniendo después las magras y grasas mezcladas. c) Antracita: Es el carbón mineral de formación más antigua y de mayor riqueza en carbono. Se quema con dificultad por la falta de gases combustibles o materia volátil, siendo necesario quemarlas en hogares bien dispuestos y fuerte tiraje. Dan una llama
azul y corta. Los terrones, en lugar de aglutinarse como en las hullas, se parten con frecuencia y sus fragmentos pasan a través del emparrillado. d) El carbón mineral chileno: se considera un buen lignito aunque algunos investigadores lo clasifican como hulla, a pesar de su edad geológica. Es de color negro, duro, compacto. Arde produciendo mucho humo, debido a la gran cantidad de materias volátiles que contiene. Como se usa generalmente en fogones construidos para otra clase de carbones, esta materia volátil no alcanza a quemarse, por lo menos, su carbono, el que se deposita en las cajas de humo y en los tubos formando hollín. Para obtener una combustión eficaz hay que alimentar el fogón en forma regular y continua, hogares automáticos satisfacen plenamente este aspecto y es lo que normalmente se utilizan en plantas termoeléctricas modernas. Los hogares con parrilla fija deben alimentase amontonando el carbón nuevo de la puerta, dejando pasar un poco de aire por ella y distribuyéndolo, por todo el emparrillado, cuando se haya encendido la cantidad de carbón depositada en su entrada. De esta manera se consigue que se quemen previamente las abundantes materias, volátiles que contiene, obteniendo un humo más claro y mejor rendimiento. ii.
Combustibles sólidos artificiales
Carbón coke: Este carbón artificial se obtiene como residuo de la destilación seca del carbón mineral. Destilando la hulla en retortas cerradas, sin contacto con el aire, se obtienen tres productos principales: 1. El gas de alumbrado, producto de las materias volátiles que contiene el carbón y que destilan por él, calor. 2. El carbón coke, formado por el carbono fijo y que como residuo queda en la retorta. 3. Alquitrán y aguas amoniacales, productos de los hidrocarburos pesados y otras materias que contiene el carbón. Se distinguen dos tipos de coke; el metalúrgico, que es duro y arde con dificultad y que es el principal producto de los hornos de coke al destilar hullas con pocas substancias volátiles, y el coke de gas que es menos duro y arde fácilmente, pero que es de menor calidad. El coke metalúrgico se emplea en los altos hornos y otros de la industria metalúrgica y el de gas se utiliza en fraguas y en menor grado en calderas. En general arden con llama corta, pero de elevada temperatura.
II.
COMBUSTIBLES LÍQUIDOS (PETRÓLEO Y SUS DERIVADOS).
Los principales combustibles líquidos son el petróleo y el alquitrán.
El petróleo: es un líquido natural que se encuentra en el seno de la tierra. Se acepta como su origen la destilación a presión de materias orgánicas (animales, peces y vegetales) sepultados en épocas remotas y en contacto con agua de mar. La acción del calor y la presión hicieron, en el transcurso de los siglos, la descomposición de tales materias, dando lugar a la formación del petróleo. El petróleo está compuesto de mezclas variables de hidrocarburos, es decir, sustancias formadas por hidrógeno y carbono. Los hidrocarburos que forman el petróleo son principalmente de dos series, conocidas en química con el nombre de parafinas y olefinas. Por destilación del petróleo se obtienen, sucesivamente, esencias muy inflamables, bencina, kerosene (conocida erróneamente con el nombré de parafina), que se emplean generalmente en motores a explosión, combustibles Diesel y para calderas (Fuel Oil); aceites lubricantes, para los más variados usos industriales El petróleo crudo o sus residuos constituyen un excelente combustible para calderas. Su facilidad de carga, almacenamiento, pulverización y alto poder calorífico, lo hacen superior al carbón, tanto en el uso de calderas marinas como en calderas de uso en las plantas terrestres y en general.
El alquitrán: es un combustible formado también por varios hidrocarburos pesados. Se obtiene como subproducto de la fabricación del gas de alumbrado y además en la fabricación de1 gas pobre. Se emplea como combustible en hornos y calderas o se destila, dando también esencias o aceites livianos (benzol) aplicables a motores a explosión; aceites medios y pesados, aptos para el empleo como combustibles en motores Diesel y residuos para calderas. Viscosidad - Punto de inflamación y goteo de los Combustible Líquidos (Aceites combustibles) a) Viscosidad: Los combustibles líquidos derivados del petróleo difieren del gas, con viscosidades muy diferentes. Al quemar un gas, la mezcla íntima con el aire puede alcanzarse y así tendrá lugar la combustión completa mientras no exista falta de aire en el proceso de combustión. Los fuel – oil (aceite combustibles) son viscosos, además es necesario romper y pulverizar el fuel – oil por atomización de forma que el aire pueda combinarse con las finas gotitas de aceite combustible.
Sin embargo, la naturaleza viscosa del aceite combustible permite alcanzar la naturaleza gaseosa; además la temperatura que puede alcanzarse es menor que la que puede esperarse en comparación al desprendimiento instantáneo de calor cuando se quema gas. La llama es mucho más larga en el combustible líquido, vista desde la salida del dispositivo atomizador (tobera). En la actualidad se han desarrollado elementos de atomización de mejor grado de pulverización, lo que permite que esta especie de gasificación del combustible líquido, logre de alguna forma una mezcla más homogénea, en relación al aire que está ingresando la cantidad de oxigeno para el propósito de lograr producir la relación aire combustible. Logrando de esta forma alcanzar temperaturas más elevadas durante el proceso de combustión. La viscosidad del combustible líquido, es de gran importancia en el grado de pulverización de los combustibles, ya que dependiendo de su grado de viscosidad dependerá, la rapidez del líquido para fluir: “La viscosidad es la resistencia que oponen las moléculas de un cuerpo a su desplazamiento con respecto a las moléculas vecinas” Conceptualmente la viscosidad es la medida de la resistencia del fluido a la circulación del mismo. Al respecto se puede decir: - Si un fluido circula con facilidad, su viscosidad es baja, se dice que el fluido es fino o que tiene poca consistencia. -Si el fluido circula con dificultad, tiene una viscosidad alta, es grueso o de mucha consistencia. En este aspecto una viscosidad elevada aumenta la fricción lo que trae como consecuencia lo siguiente: Elevada
resistencia al flujo. Elevada fricción en el atomizador, produciendo daño en el mecanismo atomizador. Aumento de la caída de presión ocasionada por la resistencia al flujo. Posibilidad de que el funcionamiento de los elementos sea más lento. Dificultad para combinarse con el aire. Para lograr una viscosidad más adecuada dependiendo del tipo de combustible líquido utilizado, estos se someten a calentamiento de manera de lograr una mejor fluidez. La viscosidad se determina por medio de instrumentos denominados viscosímetros, donde se determina el grado de escurrimiento en un tiempo determinado a través de un orificio normalizado y bajo condiciones controladas de temperatura.
b) Punto de inflamación y goteo: El punto de inflamación (flash point) representa la temperatura a la cual un combustible líquido da suficiente vapor para formar una mezcla inflamable con el aire. El resultado de una prueba de punto de inflamación depende del aparato, de forma que ha de especificarse, así como su temperatura. El punto de inflamación mide la volatilidad de un combustible líquido e indica la temperatura máxima para un manejo seguro. El punto de goteo (pour point) representa la temperatura más baja a la cual un combustible líquido puede fluir en condiciones normalizadas. Incluyendo el punto de goteo como una especificación se asegura que un combustible líquido no dará problemas en su manipulación a temperaturas bajas. Por medio de una prueba de centrifugado del combustible se puede determinar la cantidad de agua y sedimentos presentes. Estas son impurezas incombustibles, y de ser posible se deben eliminar, ya que, no deben debería presentarse en cantidades excesivas (no más del 2 por 100). Las impurezas incombustibles en los aceites combustibles derivados del petróleo son bien sales naturales, bien productos químicos procedentes de las operaciones de refinado, o bien de oxidaciones o impurezas del transporte y se muestran o presentan como cenizas. Alguna cenizas producto de las impurezas causan un desgaste rápido de los materiales refractarios, y algunas son abrasivas para las bombas, válvulas y piezas de los quemadores. En el hogar pueden formar revestimiento de escoria vitrificada. III.
COMBUSTIBLES GASEOSOS
Los principales combustibles gaseosos son el gas de alumbrado, el gas pobre o de gasógenos y el gas de altos hornos. Las materias primas para la obtención de estos gases son los carbones minerales y de leña, residuos de todas clases, como ocurre en las grandes ciudades, donde se emplean las basuras de casas y calles para obtener gases combustibles. Se utilizan en la calefacción, en motores a combustión interna y se queman con toda facilidad en hogares de calderas. En la actualidad en muchas calderas industriales se está utilizando el gas natural, el que permite mantener los quemadores en buen estado operacional y limpieza, sin embargo para su uso se requiere de algunos elementos más aparte del quemador, el que también es de características especiales. Los gases en general son fáciles de quemar con buena combustión pero necesitan una muy buena instalación y un cuidado especial para su control y manejo, en especial en lo referente al estado de los reguladores de gases y las filtraciones en los circuitos y uniones, además que los departamentos donde se encuentren instalados los equipos deben contar con una excelente ventilación, que no permita acumulación de gases, lo que podría eventualmente derivar en una explosión ante una inflamación brusca.
Tipo de gases combustibles y sus características:
El gas natural es el principal combustible utilizado en la generación de vapor, ya que los gases manufacturados son de coste muy elevado. Los gases subproducto normalmente tienen bajo poder calorífico y se producen en menores cantidades, de forma que normalmente se utilizan en los puntos de producción y no se distribuyen. El gas natural es incoloro e inodoro. La composición varía según la fuente y origen, pero el metano (CH4), es siempre el principal componente, la del gas natural contiene algo de etano (C2H6), y una pequeña cantidad de hidrógeno. El gas de carbón (hulla) y el gas de altos hornos; estos gases son aproximadamente la mitad de hidrógeno, una tercera parte de metano, y pequeñas cantidades de monóxido de carbono, dióxido de carbono, nitrógeno, oxigeno. El butano y el propano comercialmente son básicamente subproductos de la fabricación de gasolina natural y de ciertas operaciones de refinería. Se suministra propano (C3H8) esencialmente puro, mientras que el butano (C4H10) nominalmente contiene una pequeña cantidad de propano. Ambos tienen elevados poderes caloríficos, son fácilmente licuables a baja presiones y se utilizan ampliamente como combustible envasados. El biogás de lodos de depuradoras contiene alrededor de dos tercios de metano y un tercio de dióxido de carbono con pequeñas cantidades de hidrógeno. Nitrógeno y sulfuro de hidrógeno (SH2). Su poder calorífico es del orden de las 6000 Kcal. Se utiliza normalmente en motores de combustión interna, como gas combustible.
Combustibles pulverizados: el carbón menudo que se obtiene en las minas resulta preferible molerlo y pulverizarlo, para conducirlo e inyectarlo con facilidad en las calderas. Las grandes plantas térmicas, a carbón pulverizado, están equipadas de trituradores y ciclones separadores, a fin de reducir a polvo el carbón e inyectarlo al hogar de la caldera por medio de quemadores especiales, mezclado debidamente con aire, para conseguir una perfecta y bien controlada combustión.
PODER CALORICO O POTENCIA CALORICA DE UN COMBUSTIBLE Por regla general, la eficiencia de equipo que quema combustible se basa en el poder calorífico del combustible, el cual es la cantidad de calor liberado cuando se quema por completo una cantidad unitaria de combustible y los productos de la combustión se enfrían a la temperatura ambiente. Es la cantidad de calor que se obtiene al quemar un kilogramo o m3 de combustible. Cuando se trata de combustibles sólidos se expresa en Cal/Kg, cuando se trata de combustibles líquidos en Cal/Kg o Cal/m3 y para los combustibles gaseosos se expresa siempre en Cal/m3.
En el cuadro siguiente se presenta el poder calorífico de los combustibles más usados, en procesos de combustión de calderas. COMBUSTIBLES Combustibles sólidos:
Poder calorífico
Carbón de piedra. Carbón coke. Leña
6.500 a 7.100 Cal 6.500 a 7.100 Cal 6.500 a 7.100 Cal
Combustibles líquidos: Petróleo Kerosene Alquitrán
8.500 a 10.000 Cal 10.000 a 11.000 Cal 9.000 a 10.0000 Cal
Combustibles gaseosos: Gas Licuado Gas de alumbrado
11.500 a 12.000 Cal 10.000 a 11.000 Cal
NORMATIVAS DE EMISION AMBIENTAL Según Ministerio del Medio Ambiente - Normas de Emisión, el decreto N° 4 señala: Artículo 9 bis: Las calderas y hornos panificadores que no compensen emisiones y que utilicen petróleo diesel, gas natural, gas licuado de petróleo (GLP), gas de ciudad o biogás como combustible u otros de similares características de emisión, conforme lo determine el Servicio de Salud del Ambiente de la Región Metropolitana, podrán exceptuarse de la obligación de medición de MP. Para los efectos que sean procedentes, se estimará que estas fuentes emiten material particulado en las siguientes concentraciones, de acuerdo al combustible utilizado: Tipo de Combustible Concentración (mg/m3N) petróleo diesel 30 gas licuado 15 gas de ciudad 15 biogas 15 gas natural 15 Otros combustibles similares, previa aceptación del Servicio de Salud del Ambiente de la Región Metropolitana, se homologarán a alguno de los anteriores.
Según Ministerio del Medio Ambiente - Normas de Emisión, el decreto N° 185 señala: TITULO II De las normas de calidad del aire Artículo 4°.- Con el objeto de proteger la salud de la población, la Comisión Interministerial podrá proponer al Ministerio de Salud que establezca concentraciones ambientales máximas permisibles para anhídridos sulfurosos y aplicables en todo el territorio nacional. Con tal objeto, se establecen las normas primarias de calidad del aire para: Anhídrido sulfuroso: Ochenta microgramos por metro cúbico normal (80 ug/Nm3) como concentración media aritmética anual, y trescientos sesenta y cinco microgramos por metro cúbico normal (365 ug/Nm3) como concentración media aritmética diaria.
CONCLUSIÓN Por medio del trabajo realizado sobre los tipos de combustibles y sus características utilizados en calderas, se determino que es de suma importancia no solo el tipo de combustible que se utiliza, sino que también la calidad de la combustión que este tenga. Si bien la eficiencia de la caldera depende del poder calorífico que tenga el combustible es importante señalar que por medio de este trabajo se definió que el mejor combustibles en términos de capacidad calorífica son los combustibles gaseosos entre ellos el gas licuado. No obstante es hay que tener en cuenta las normativas legales que rigen en cuanto a la emanación de contaminantes generados por la combustión, es por ello que hay que tener presente todos estos aspectos (tipo de combustible, combustión, aspectos legales) para lograr un funcionamiento de calidad total.
BIBLIOGRAFÍA
Libro Termodinámica Cengel Yunus DS 48/84 Minsal Textos Calderas (IST, ACHS)
