Sistemas de producción de Calor

Tema “Quemadores de gas atmosféricos” 1. TIPOS DE QUEMADORES ATMOSFERICOS PARA GASES.

Los quemadores para combustibles gaseosos suelen ser mas sencillos que los de

combustibles líquidos debido fundamentalmente a que el combustible y el comburente están en fase gaseosa (no es necesario vaporizar el combustible), su mezcla es mas fácil y por ello la combustión se ve favorecida. Por otro lado no necesitan una bomba que lleve el combustible hasta el chicler ya que el gas llega a la instalación con una presión determinada y esta es suficiente para el funcionamiento del quemador.

Fundamentalmente existen tres tipos de quemadores: • Atmosféricos • Mecánicos • De premezcla

2. QUEMADORES ATMOSFÉRICOS:

Se denomina quemador atmosférico ya que el aire que se introduce en el quemador lo

hace a la presión atmosférica. . El diseño de estos quemadores es especial de forma que sin necesidad de introducir

el aire a presión mediante un ventilador, se consigue una combustión muy limpia y con elevado rendimiento.

Son los mas utilizados en las calderas murales y también en algunas calderas de pie

de menor potencia.

2.1. ESTRUCTURA DEL QUEMADOR ATMOSFÉRICO: Los elementos más importantes que forman parte de estos quemadores son:

• Colector de gas • Inyectores • Becks

El colector: es un elemento tubular que recibe el combustible procedente de la

válvula de gas cuando hay demanda de calor. Posee una serie de orificios destinados a albergar los inyectores. Debe tener un diseño adecuado para que la presión de gas sea uniforme en su interior de forma que permita que por todos los inyectores salga el mismo caudal.

El colector suele llevar una toma para manómetro de columna de agua de forma que

se pueda comprobar la presión a la que se encuentra el gas en su interior.

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Toma de presión

Entrada del gas

Inyectores

Colector

Fig. 1

Los inyectores: también denominados boquillas o chiclés, son los responsables de

introducir el gas en el cuerpo del quemador con el caudal y la presión adecuadas para su correcto funcionamiento. Es una pieza muy importante ya que es la que proporciona la potencia al quemador (caudal de gas).

Fig. 2

Las dos características mas importantes de un inyector son el diámetro del orificio y su geometría. La selección del inyector debe hacerse de acuerdo al gas que se utilice en la instalación y a la potencia que debe suministrar.

El caudal de gas que sale a través de él está relacionado con el diámetro y con la

presión del gas en el colector. Cualquier modificación del diámetro cambia el caudal entregado (la potencia) y las condiciones en las que se produce la combustión.

Beck o trompetillas: Los quemadores atmosféricos de gas se dividen en múltiples unidades que llamamos

becks o trompetillas, que unidas forman la parrilla. La razón para dividir el quemador en subunidades es que este, para funcionar, requiere la formación de diversas llamas de pequeño tamaño y esto sucede en las ranuras que poseen en la parte superior cada uno de los becks.

En la siguiente figura podemos ver las partes que conforman un Beck:

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Corona - parrilla

Cono deadmisión

Trompetilla

Venturi

Fig. 3

En un quemador mecánico de gasoleo se forma una única llama de gran tamaño, pero trabajar de esta forma en una caldera mural es muy complicado fundamentalmente por dos razones:

1. Necesitaríamos hogares de combustión de tamaño considerable con lo que

implicaría una caldera menos compacta.

2. Para formar este tipo de llama se necesita una presión de aire que sólo nos puede proporcionar un ventilador y no el sistema de premezcla.

Beck

ColectorInyector

Parrilla Fig. 4 Vista en planta del quemador

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Fig. 5

Su forma no es caprichosa, está especialmente diseñado para favorecer la mezcla de una cantidad inicial de aire con el gas que se inyecta al beck haciendo posible la combustión limpia y la obtención de una llama azul, el proceso de funcionamiento se explicará con detenimiento en el siguiente punto.

2.1.1. Funcionamiento del quemador Atmosférico Como ya sabemos, un quemador atmosférico es aquel en el que aire necesario para la

combustión se introduce a la presión atmosférica. Sin embargo se ha demostrado que el proceso de combustión se ve favorecido a medida que aumenta la presión con la que se alimenta el combustible y el aire en al quemador.

En lo que se refiere al combustible, esta presión depende del tipo de gas que se

utilice, si es propano su presión es de 37 mbar, si es butano 28 mbar y si se utiliza gas natural 20 mbar.

En cuanto al aire, si se quiere introducir a presión sería necesario la utilización de un ventilador lo que implicaría una mayor necesidad de espacio y encarecer el producto.

Para optimizar la combustión sin necesidad de utilizar un ventilador, estos quemadores se diseñan de la forma que vimos en el punto anterior. Este diseño intenta simular la sobrepresión, y se le denomina sistema de premezcla aire – combustible.

Se basa en introducir en el cuerpo del quemador el gas junto con una parte del aire

total que necesita para combustionar (premezcla). Esta parte que se introduce junto con el combustible se denomina aire primario. El gas y el aire primario se mezclan en el cuerpo del quemador y salen al exterior por la corona, donde se capta el resto del aire que se necesita para la combustión (aire secundario).

La premezcla se consigue gracias al efecto venturi que tiene lugar en el quemador.

Este se puede explicar mediante la ecuación de Bernouilli, que relaciona la velocidad con la presión estática y del que se deduce que a medida que aumenta la velocidad del fluido la presión estática disminuye.

El funcionamiento es como se explica a continuación:

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Gas

Aire 1º

Aire 1º

Venturi

Sección A

Inyector

Aire 2º Aire 2º Aire 2º Aire 2º

Fig. 6

El gas sale por el inyector con una velocidad determinada y se introduce por las sección A del cono de admisión del quemador. La velocidad que lleva el fluido hace que se produzca una disminución de la presión estática (un pequeño vacío) y dado que el aire que rodea la zona esta a presión atmosférica se va a ver obligado a pasar por el cono de admisión del quemador. Este fenómeno se ve incrementado por la forma del quemador ya existe una disminución de sección (venturi) que hace que aumente la velocidad del fluido admitido y con ello disminuye aun mas la presión estática intensificando la admisión de aire por la sección A del cono de admisión.

La cantidad de aire primario que se introduce con el gas debe ser el adecuado para

que la combustión sea correcta y no se produzcan problemas como el desprendimiento o retorno de llama. El diseño del quemador e inyector es fundamental para conseguir la premezcla adecuada.

La cantidad de aire de premezcla se suele expresar en porcentaje sobre el total del

aire necesario para la combustión. Los quemadores, del aire total necesario para la combustión, suelen introducir porcentajes entre 50 – 70% en forma de aire primario y es resto lo toman como secundario.

Una vez que el aire primario y el gas pasan el venturi deben mezclarse íntimamente,

esto se produce gracias al diseño de la trompetilla, que también facilita que esta mezcla se reparta de forma adecuada por cada ranura de la corona, formándose así las llamas de pequeño tamaño.

Los quemadores de premezcla permiten obtener:

• Una llama de color azul y pequeño tamaño, haciendo posible cámaras de combustión mas pequeñas y calderas mas compactas.

• Temperatura de gases de combustión muy alta lo que permite un elevado rendimiento

• combustión muy limpia: con baja producción de hollín (inquemados) y casi nula formación de monóxido de carbono.

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2.1.2. Encendido del quemador: Como ya hemos visto el quemador esta formado por subunidades denominadas becks

o trompetillas. En la corona de cada uno de estos elementos se forman varias llamas de pequeño tamaño y todas juntas forman la llama total. El encendido adecuado del quemador requiere que todas estas llamas de pequeño tamaño se formen y que no se produzca salida y acumulaciones de gas sin quemar, que pudieran producir una deflagración.

Para encender la mezcla se utiliza una fuente de energía que permite superar el punto de ignición. En calderas los sistemas mas utilizados son la llama piloto y el tren de chispas. Estos elementos de encendido se sitúan generalmente en la zona central del quemador y por lo tanto en primer lugar se encenderá el beck situado en esa posición. Encendido el beck central, sus llamas entran el contacto con el gas de los becks que estan a su lado de forma que estos se encenderán también; estos a su vez encenderán a los contiguos y asi sucesivamente. Este tipo de encendido se denomina por simpatía. En el esquema se puede apreciar gráficamente este proceso:

Obviamente es preciso que el tiempo que transcurre entre el encendido del beck

central y los últimos debe ser el mas corto posible. Si el encendido completo no se produce en unos cuatro segundos el sistema de seguridad de la caldera suele bloquear el paso de gas al quemador para evitar acumulación del mismo y posibles riesgos de deflagración.

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Fig. 7

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