ATOMIZACIÓATOMIZACIÓATOMIZACIÓATOMIZACIÓNNNN PERFECTA PERFECTA PERFECTA PERFECTA

CONDICIÓN CONDICIÓN CONDICIÓN CONDICIÓN

INDISPENSABLE PARA INDISPENSABLE PARA INDISPENSABLE PARA INDISPENSABLE PARA

COMBUSTIÓN COMBUSTIÓN COMBUSTIÓN COMBUSTIÓN

COMPLETACOMPLETACOMPLETACOMPLETA

Al demostrar la Teoría Inorgánica de la Combustión que la partícula de carbón constituye el común denominador de todos los combustibles, establece la necesidad de atomizar los combustibles líquidos en forma adecuada, para disponer de gotas del tamaño mínimo posible para su vaporización y disociación, facilitando el control sobre la combustión heterogénea y formación de llama. Sin una atomización perfecta, resultará imposible completar la combustión. ¿Por qué atomizar? Todos los combustibles líquidos tienen que disociarse en vapores de hidrógeno y

partículas de coque antes de quemarse, pero existe una gran diferencia entre el tamaño

de tales partículas cuando la disociación se produce en fase líquida (decenas de micras)

o fase gaseosa )centenas de Angstrons).

La atomización consiste fundamentalmente en dividir cada cm3 de combustible líquido

en alrededor de 7 millones de gotitas del tamaño mínimo posible (Ley de Stockes).

Si la combustión es perfecta, las pequeñas gotas nebulizadas presentarán la máxima

superficie de exposición a la radiación de la llama dentro del hogar y se vaporizarán

antes de disociarse; se facilitará el encendido y se favorecerá la cinética de la reacción

de combustión, permitiendo que aire impulsado por el ventilador y determinado por el

difusor formen la llama que resulte más conveniente para la cámara o reactor de

combustión.

Si la atomización es imperfecta o defectuosa, la disociación o craqueo se efectuará en

fase líquida en una mayor proporción, determinando partículas de coque de gran tamaño

que difícilmente podrán completar su combustión en el entorno de la llama,

convirtiéndose total o parcialmente en hollinamiento de tubos y humo en la chimenea.

Resulta fácil imaginar las

consecuencias de una

mala atomización dentro

de la cámara de

combustión

Energía y Tipos de Atomización La atomización es un trabajo y para realizarlo se requiere de una determinada forma de

energía que define el tipo de atomizador empleado:

El tipo más simple de atomizador consiste en utilizar la presión del propio combustible,

forzándolo a pasar a través de un orificio, lo que constituye una tobera de Atomización

mecánica. Usando la energía contenida en vapor o aire comprimido para romper el combustible en gotitas o droplets, se dispone de un Atomizador por Fluido Auxiliar.

La combinación de estos dos tipos de atomizadores, determinan el tipo denominado de

atomización mecánica asistida por fluido auxiliar, cuando prevalece la presión del

combustible.

La atomización mecánica con pequeños diámetros de toberas se utiliza principalmente

para combustibles limpios; para petróleos residuales o combustibles líquidos sucios,

solamente con quemadores grandes con mayores flujos y diámetros mayores.

Para este tipo de combustibles, para evitar el ensuciamiento de la boquilla, se inventó el

Atomizador Rotativo, en el cual la energía centrífuga producida por un cono o taza

girando a grandes velocidades estira el combustible en las paredes hasta pulverizarlo en

finas gotas en el extremo, con el auxilio de aire primario de un ventilador.

EVALUACIÓ) DE ATOMIZADORES COMERCIALES PARA PETRÓLEOS RESIDUALES

Resulta difícil entender las razones por las cuales hemos comprobado que solamente un

15 -20 % de quemadores industriales atomizan correctamente el combustible y

solamente podemos explicar esta realidad por el hecho de que a los proveedores de

maquinarias, equipos y servicios industriales, los problemas que se derivan de la

atomización imperfecta y consecuente combustión incompleta, los benefician

económicamente, porque ocasionan múltiples problemas que administran

convenientemente.

Como nosotros no vendemos equipo y la ética es el primer paso de la ingeniería,

desnudamos esta realidad y les proporcionamos la posibilidad de conseguir interesantes

niveles de optimización de costos energéticos, consiguiendo la atomización perfecta con

muy poca inversión; solamente tenemos que utilizar los equipos adecuados :

• Para calderos acuotubulares y otros equipos con consumos relativamente altos,

disponemos del Atomizador COEN que conocemos perfectamente porque

hemos tenido oportunidad de regularlo en varios paises de Latinoamérica,

siempre con excelentes resultados.

Atomizador COEN y sus componentes; el mejor para Acuotubulares

• En el caso de Calderos Pirotubulares es donde se presenta una grave deficiencia

en la mayoría de plantas industriales, causada principalmente por un grave

problema de selección de tecnología adecuada: Como se ha mencionado, existen

3 tipos de atomizadores : mecánico, vapor/aire (fluido pulverizador) y rotativos.

La atomización mecánica no resulta recomendable para petróleo residual, por la

pequeña abertura de las boquillas para flujos limitados y los atomizadores

resultan muy afectados por la abrasividad de las cenizas, trabajando

correctamente muy poco tiempo, hasta que varía la uniformidad del cono.

El tipo mas recomendable resulta ser entonces el atomizador que utiliza como

energía de atomización la aportada por el fluido pulverizador, resultando más

favorable el vapor que el aire comprimido; entre los más difundidos

encontramos el de Cleaver Brooks que trabaja satisfactoriamente y el Distral que consideramos el que atomiza mejor; al desarmarlos y analizar sus

componentes, diseño y concepción funcional, justificamos los resultados

mencionados.

Atomizador DISTRAL, el mejor en Calderos Pirotubulares

Para calentadores de aceite térmico también se emplea el Atomizador

ENERCOM que tiene una conformación parecida al atomizador de Cleaver

Brooks, por lo cual podemos afirmar que resulta perfectamente utilizable en

Calderos Acuotubulares y Pirotubulares.

En la práctica y como la principal causa de la mayoría de casos que encontramos

de atomización imperfecta, encontramos la presencia del atomizador Monarch,

que resulta muy fácil de conseguir y de relativamente bajo precio.

Este atomizador es de atomización mecánica asistida por vapor, es decir, que

la energía principal de atomización es la propia presión del combustible; siendo

al mismo tiempo la presión la variable que se varía para regular el flujo, este

atomizador trabaja correctamente a máxima capacidad, pero al comenzar a

modular el caldero y disminuir la presión que corresponde a llama baja y niveles

intermedios, la energía de atomización no resultará suficiente y el mayor tamaño

de gotas afectará todo el sistema. También en este caso, desarmando el

atomizador Monarch y analizando su calidad de materiales, criterio de diseño y

concepción funcional, nos llegamos a explicar los bajos niveles de eficiencia que

encontramos en la mayoría de calderos.

Para establecer con claridad las razones por las cuales el trabajo de los

atomizadores o boquillas Monarch no resulta satisfactorio en la práctica,

comparemos su diseño y conformación con el ENERCOM, en las siguientes

vistas:

Como puede apreciarse en los quemadores ENERCOM, Distral y Cleaver

Brooks, el vapor que ingresa por la parte externa actúa sobre el petróleo que

emerge desde el ducto interior, saliendo en forma conjunta por las ranuras del

torbellinador, que dividen el flujo en varios chorros, formando un vórtice que

permite dividir el flujo en una nube de gotas microscópicas, las cuales se

vaporizan y disocian, poniéndose a disposición del aire como flujo dominante

para conformación de la llama adecuada para las características del reactor.

Puede apreciarse en estas boquillas que en la parte central sobresale un cono

cuyo vértice se orienta hacia el hogar, permitiendo que la amplitud del torbellino

resulte relativamente cerrado.

Siendo la presión y el impulso del flujo pulverizador, aire o vapor, el principal

aporte de la energía cinética necesaria para la atomización, la presión del vapor

(aire) siempre tendrá que ser mayor que la del combustible, variando esta última

en función del control del flujo de combustible.

Boquilla Monarch

En la boquilla Monarch, la disposición del flujo es a la inversa, quedando el

combustible por la parte externa y el flujo de vapor o aire por la parte interna. En

este caso la presión del combustible representa la fuente principal de energía

cinética para la atomización, representando la energía del vaor (aire) un aporte

adicional.

Como puede apreciarse en la vista, en la parte interna de la boquilla Monarch se

ubica un cono invertido que supuestamente regula la abertura de salida, actuando

como una tobera de atomización mecánica; en la práctica, esta abertura es fija y

la dirección de salida del flujo, al quedar la orientación direccionada por este

cono invertido, tendrá la tendencia a abrir la llama.

RESULTA DE LA MAYOR IMPORTA)CIA CO)SIDERAR QUE LA FU)CIÓ) DEL ATOMIZADOR, COMO SU )OMBRE LO I)DICA, ES EL DE ATOMIZAR EL FLUJO DE COMBUSTIBLE E) FI)AS GOTAS, FACILITA)DO SU CALE)TAMIE)TO, VAPORIZACIÓ) Y POSTERIOR DISOCIACIÓ), PERMITIE)DO QUE LAS PARTÍCULAS DE COQUE QUEDE) A DISPOSICIÓ) DEL FLUJO DOMI)A)TE QUE ES EL AIRE DEL VE)TILADOR. EL DISEÑO DEL DIFUSOR SERÁ EL REPO)SABLE DE LA FORMA DE LLAMA E) EL I)TERIOR DEL REACTOR DE COMBUSTIÓ) (HOGAR).

Las boquillas Monarch, siempre disponibles, baratas y adaptables a cualquier

sistema, han llegado a ocupar funciones que no le corresponden, debido al bajo

nivel de conocimientos en este campo y a la deficiente atención del suministro

de otros proveedores.

Toberas Monarch : Mejor para Diesel que para Petróleos Residuales La falta de reconocimiento de la importancia que reviste la condición indispensable de atomización perfecta para cumplir el objetivo inicial de combustión completa ha creado un potencial de optimización que podemos y debemos aprovechar.