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1.COMBUSTIONAHORRO Y USO RACIONAL DE LAENERGIA DE COMBUSTION.
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INTRODUCCIONn La Combustión es uno de los procesos unitarios
mas estudiados en donde se realiza la oxidacióndel carbono,el hidrógeno y el azufre de unasustancia a través de la reacción directa con eloxigeno y con un notable desprendimiento decalor .
CxHySz+ (O)2 :Oxido de carbono(CO)2,(CO),(H2O),Oxidos de azufre, Sustancias intermedias, CALOR DE COMBUSTION.
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• TIPOS DE COMBUSTIBLES.
n SOLIDOS: Madera, Turba,Lignito, Carbón.
n LIQUIDOS: ACPM. Querosene, Gasolina, Fueloil, Crudo de Castilla, Crudo de rubiales.
n GASEOSOS: GLP,Gas Natural,Butano,Gas de
coke.
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COMPOSICION TIPICA DE LOSCOMBUSTIBLES.
n Cuando el carbono y el hidrógeno se quemantotalmente con el oxígeno, su reacción es:
C + (O)2 (CO)2 + 14100 Btu/libra de C. 2(H)2 + (O)2 2(H2O) + 61100 Btu/ libra de de H.
n Poder Calorifico: Calor desprendido alquemar una unidad de masa.
n Poder Calorífico Superior: Calor sin tener encuenta la humedad.
n Poder Calorífico Inferior: Tiene en cuenta elcalor de vaporización del agua
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COMBUSTIBLES,CARACTERISTICAS.TABLA 1.0
COMBUSTIBLE %C %H %S HHVBtu/lb
LHVBtu/lb
HIDROGENO - 100 - 61002 52000
GAS NAT. 75 25 --- 23850 21490
GLP 82 18 --- 21240 19620
FUEL OIL 86 11.5 1.0 18640 17981
C.CASTILLA 80 5.5 2.6 18500 17585
CARBON 60 12.0 0.4 11000 10000
AZUFRE - - 100 39.83 39.83
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LA EFICIENCIA DE LACOMBUSTION.n Hay que definir cuales el objetivo de la
Combustión que se desea hacer mas eficiente,para poder proponer soluciones deconservacion energética.
n Generalmente la combustión se usa en losprocesos energéticos que se presentan en lasfiguras 1 y 2.
n Las dos mayores aplicaciones de la combustiónson la Generación de Calor y la Ejecución deMovimiento, En la primera se obtieneneficiencias del orden del 95 al 100% y en lasegunda tipicamente tienen eficiencias menoresdel 40%.
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USOS DEL PROCESO DECOMBUSTION.FIGURA 1.
Usuarios Finales.
SECADOEVAPORACION
COCCIONCALEFACCION
GENERACION DE VAPOR
GENERACION DE CALOR
MOVIMIENTO DEBOMBAS
COMPRESORESTRANSPORTES Y VEHICULOS
ILUMINACIONPROCESOS QUIMICOS
PROCESOS ELECTRICOS
GENERACION ELECTRICA
GENERACION DE MOVIMIENTO
ENERGIA CALORICA DE LOS COMBUSTIBLES
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DIAGRAMA DE DISTRIBUCION DE LA ENERGIA.FIGURA 2.0
PODERCALORIFICO
SUPERIOR
PODER
CAL.
INF.
ENERGIAGASTADA ENEVAPORAR ELAGUA
FLUJO DEENERGIA ENGASES 10-30%
PREDIDASAL MEDIO2-5%
PERDIDASPORPAREDES, ENCENIZAS,ETC.
CALORDISPONIBLE
CALOR NETOAPROVECHADO 60-95%
ENERGIAALMACENDA,SOLO PARAPROCESOSDISCONTINUOS
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•PARAMETROS GENERALES DEAHORRO DE ENERGIA ENCOMBUSTION.
n La conservación de energía en la combustión sepuede abordar por dos caminos a seguir, comoson : Los parámetros de operación y lascaracterísticas de diseño del equipo.
Parámetros de Operación: Existe un equipo consus condiciones fijas. Si se quiere optimizar lacombustión de este, los factores operacionales atrabajar son:
n Primera Línea: Exceso de aire, Tipo deCombustible,Tipo y condiciones de atomización,Tipo de chimenea.
n Segunda Línea:Limpieza delintercambiador(deshollinado), tratamiento delagua,Recolección de condensados,Cambio deQuemador.
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•PARAMETROS GENERALES DEAHORRO DE ENERGIA ENCOMBUSTION(Continuacion)n Tercera Línea: Cambio de combustible, Cambio
de refractarios(Aislantes).
n Ultima Línea: Cambio del área de transferenciade calor. (Prácticamente cambio del equipo.)
Parámetros de Diseño:
Condiciones del ventilador:Presión,Caudal.
Condiciones de atomización: Cambio deboquillas,Cambio de bomba, Instalación deprecalentador.
Condiciones de tiro de chimenea: Aumento deldiámetro de chimenea, Aumento de la altura dechimenea, Disminución de perdidas.
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PARAMETROS GENERALES DEAHORRO DE ENERGIA ENCOMBUSTION.(Continuación).
n En lo descrito como la operación y el diseño seencuentran todas las opciones para mejorar lacombustión, es un análisis de costo/beneficio loque da la decisión.
n MEDIDAS PARTICULARES A TOMAR.n Disminuir las perdidas de calor en los gases de
escape.n Mantener el exceso de aire en los valores
recomendados
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
TABLA 2 EXCESOS DE AIRE RECOMENDADOS.
COMBUSTIBLE VALOR RECOMENDADO
Gas Natural 10%
GLP 15%
ACPM 20%
FUEL OIL 20-25%
Crudo Castilla 20-25%
Carbon Pulv. 25-30%
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
n De un analisis Orsat determinamos % de (O)2de las Figs. 3,4,5,6 determinamos el % de (CO)2Vs exceso de aire, y de la Fig 7. Concluimos:
n Al aumentar el exceso de aire, disminuye laeficiencia de combustión, por tanto disminuye elahorro de combustible.
n Al aumentar el exceso de aire, sumado con unaalta temperatura reduce sensiblemente laeficiencia térmica.
n No permitir diferencias de temperaturas entresalida de humos y T de proceso mayores de 100y 150 ºC.
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
n En los posible hacer calentamiento encontracorriente.
n Limpiar las superficies de calor periódicamente.
n Controle los aumentos progresivos de temperaturade humos y programe deshollinar periódicamente.
n Revise el bulbo del termómetro de humos puedeestar sucio o descalibrado.
n No permita niveles de (CO) mayores de 400 PPM.
n Para quemar solidos, clasificarlos por tamañohomogéneo.
n Para los líquidos atomizarlos a la presiónrecomendada (60 -100 psi.) o con ayuda defluidos(vapor, aire).
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
n Vigilar el tamaño, forma y color de la llama.
n Regular el tiro (Con el damper en la chimenea)
n EN LOS QUEMADORESn Revisar y limpiar boquillas de quemadores y/o
parrillas, periódicamente.
n Utilizar la temperatura y presión de atomizaciónsegún la viscosidad del combustible liquido.(según fabricante).
n Sobrepasar la temperatura de atomizaciónproduce mayor consumo energético.
n Revise que la relación aire/ combustible se puedacontrolar consistentemente(Modultrol - válvula decompuerta).
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
n Utilizar el fluido de atomización adecuado en losquemadores Voriflow. Recordar que el vaporaumenta el punto de rocío lo que genera corrosión.
n En los quemadores a gas mantener el rango depresión del combustible en los valores dados por elfabricante. (Baja presión 5- 14 “c.a.)
n Precalentar el aire de combustión, con el calorresidual de los humos.
n Generalmente con un aumento de 50ºC. Del aire selogra un ahorro del 25% de combustible.
n Oxidos de sodio y otros contaminantes atacan losrefractarios.
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MEDIDAS PARTICULARES DE AHORRO DEENERGIA EN COMBUSTION.(Continuación).
n En los quemadores de combustibles líquidosusar precalentador de combustible, esto mejorala presión de atomización logrando ahorros encombustible del 2-3%.
n Drenar periódicamente el agua sedimentada enlos tanques de combustible.
n Lleve registros generales de la combustión,como presión, temperatura, del aire ycombustible. No solo la chimenea nos mide leeficiencia de esta.
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FIGURA 3 Análisis de Combustión - Crudode Castilla.
20 40 60
5
11
% de Orsat
Exceso de aire %
CO2
O2
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FIGURA 4 Análisis de Combustión -Fuel Oil.
40 6020
6
12
EXCESO DEAIRE%
% en Orsat
(O)2
(CO2)
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FIGURA 5 Analisis de Combustion.Carbon.
80604020
11
7
(CO)2
(O)2
Exceso de Aire en %
% enOrsat
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FIGURA 6 Analisis de Combustion -Kerosene y ACPM.
20 40 60
6
10
(CO)2
(O)2
Exceso de aire en %
% en orsat
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FIGURA 7 Ahorro de Combustible pordisminucion de exceso de aire y deTemperatura.
2 4 6 8 10 12
2
8
12
16
20
400ºF
600ºF
800ºF
1000ºF
1200ºF1400 ºF
100
80
60
40
20
0
EXCESO DEAIRE ( %)
% Oxigeno en los gases de la Chimenea
Aumento delconsumo decombustible (%)
ACPM.
T. De Chimenea
%(O)2 VS Exceso air