quemadores para gases introducción clasificación de los

QUEMADORES PARA GASES
INTRODUCCIÓN
QUEMADORES DE GASES
CLASIFICACIÓN DE LOS Q
QUEMADORES DE PREMEZCLA
CALDERAS MURALES
QUEMADORES SIN MEZCLA PREVIA
QUEMADORES ESPECIALES
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
1
INTRODUCCIÓN
• Debido a la limpieza de los gases y a que el combustible ya está atomizado antes de entrar al quemador,
el proceso de combustión no requiere una gran preparación previa.
• Existen un gran número de tipos de quemadores para gases.
• Existen quemadores específicos de aplicaciones industriales y domésticas (calderas murales)
• De todos los combustibles es el que se quema con menor exceso de aire, lo que permite obtener mayores
rendimientos
• Por ser el combustible que más hidrógeno contiene por átomo de carbono y estar exento de otro tipo de
impurezas, es el que menos contaminación atmosférica produce.
Producción CO2
Producción H2O
Contenido de S
g/kWh (sobre PCI)
g/kWh (sobre PCI)
%
Fuelóleo BIA
283
<1
Gasóleo
273
87
< 0,2
Butano
238
122
> 0,05
Propano
233
126
< 0,05
GN (metano)
204
155
0
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
2
CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES DE GAS
Existen muchas formas de clasificar los quemadores de gas por ello, la Comisión de Utilización de la
I.G.U. (International Gas Union) ha establecido una clasificación numérica que caracteriza sus diferentes
variables, independiente de que un mismo tipo de quemador pueda recibir de cada constructor una
denominación diferente.
En esta clasificación, cada quemador queda designado por un grupo de 6 cifras, de las que cada cifra
puede tener diversas variantes:
1º Cifra: Modo de formación de la mezcla aire-gas (7 variantes).
2º Cifra: Categorías de presión de alimentación en aire y en gas (7 variantes).
3º Cifra: Derrame de aire-gas en los orificios de salida (6 variantes).
4º Cifra:
Cif
M
Manera
d estabilizar
de
bili la
l llama
ll
(4 variantes).
i
)
5º Cifra: Localización de la combustión (7 variantes).
6º Cifra: Precalentamiento o no del aire de combustión (3 variantes).
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
3
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
4
1º Cifra
Modo de formación Presión del gas
de la mezcla aire-gas
3º Cifra
2º Cifra
Y del aire
Características
del Estabilización de la Localización
derrame de la mezcla llama
6º Cifra
5º Cifra
4º Cifra
de
la Precalentamiento del
combustión
aire de combustión.
previa
p
e a s
sin que
quemar,
a, o
del aire y gas por
orificios separados
1 Mezcla previa total
por inducción
2 Mezcla previa total
1 Gas a baja presión
1 Derrame por orificios 1 Por llamas auxiliares. 1 Llamas libres.
1 Quemador
(hasta 500 mm ); aire a sencillos
precalentamiento de
presión
ió atmosférica.
t
fé i
aire.
i
2 Gas a baja presión
2 Derrame paralelo
por cámara de mezcla. (hasta 500 mm); aire a
presión.
2 Por recirculación de
2 En pieza refractaria,
2 Quemador pudiendo
gases calientes
generalmente cónica.
funcionar con aire
(turbulencia libre)
3 Mezcla previa total
3 Gas a alta presión
3 Por un obstáculo
3 En contacto con
3 Quemador
antes del quemador.
(sobre 500 mm); aire a convergente.
(turbulencia de
refractario o de masa
funcionando
presión atmosférica.
obstáculo)
de granos de
necesariamente con
refractarios.
aire caliente.
4 Mezcla previa parcial 4 Gas a alta presión
por modulación.
3 Derrame
precalentado
4 Derrame giratorio.
(sobre 500 mm); aire a
4 Por una superficie
4 Sobre superficie
refractaria
refractaria.
presión.
5 Mezcla previa parcial 5 Gas reducido
5 A través de
0 Llamas libres sin
5 En túnel de
por cámara de mezcla
refractario poroso.
ningún artificio de
combustión refractaria.
sensiblemente a la
presión atmosférica;
estabilización.
aire
i a presión
ió
6 Mezcla previa parcial 6 Gas reducido a la
6 Sobre rotor giratorio.
6 En tubo metálico o
antes del quemador
presión atmosférica.
cerámico.
7 sin mezcla previa.
7 Mezcla aire-gas a
7 En contacto con
presión.
masa catalítica.
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
5
QUEMADORES DE MEZCLA PREVIA
Los q
quemadores de mezcla p
previa son aquellos
q
en q
que p
parte o la totalidad del aire necesario p
para la
combustión completa, se mezcla con el gas a la entrada del quemador o inmediatamente antes de iniciarse
la combustión.
Los sistemas de mezcla previa pueden ser:
•Máquinas de mezcla o grupo de mezcla: Es un recipiente donde existe una presión inferior a la
atmosférica y posee dos orificios calibrados por donde se alimenta el gas y el aire, estando ambos
regulados.
•Cámara de mezcla: Alimentada con aire y gas a presión por dos canalizaciones provistas de
válvulas de regulación progresivas y de mando simultáneo
•Mezclador de inducción: Es el dispositivo por el cual la energía de un fluido aspira al otro,
otro
(generalmente un inyector y un Venturi) es el dispositivo mas frecuentemente empleado, se
distinguen los siguientes casos.
•Mezcladores de inducción atmosférica: El gas a la presión de la red o comprimido es el
fluido inductor que aspira el aire ambiente.
ambiente
•Mezcladores de aire inductor y gas despresurizado: El aire comprimido aspira el gas, que
es parcialmente despresurizado o reducido a presión atmosférica.
•Mezcladores el aire y el gas están ambos a presión.
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
6
Cámara de mezcla
Máquina de mezcla
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
7
Mezclador de inducción atmosférica
Mezclador con aire inductor a presión
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
8
Comparación de ambos tipos de mezcladores de inducción
Mezclador de inducción
Mezclador de aire inductor y gas
atmosférica
despresurizado
Sencillez de construcción
Construcción más complicada (regulador
de gas)
Utiliza sólo la presión del gas
Exige un compresor de aire
Precio de compra bajo
Precio de compra gravado por el del
regulador de gas y el compresor de aire.
Presión de mezcla baja
Presión de mezcla elevada
Modulación 1 a 3 como máximo
Modulación pudiendo sobrepasar 1 a 5
Sensibilidad a las contrapresiones de las Insensibilidad a las contrapresiones de
cámaras
á
d
de combustión
b tió
l cámaras
las
á
d
de combustión
b tió
Tamaño excesivo para los quemadores Tamaño que no puede ser muy reducido
de gran caudal
para los quemadores de pequeño caudal
No necesita energía
g auxiliar
Consume energía
g auxiliar
Factor de aire casi siempre inferior a la Factor de aire primario elevado, pudiendo
unidad
sobrepasar fácilmente la unidad
Regulación válvula de gas, no regula aire Regulación válvula de aire y paso de gas
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
9
Quemador de mezcla previa por inducción atmosférica
• Llamados popularmente quemadores atmosféricos, al entrar el aire al quemador por la presión
atmosférica.
atmosférica
• El principio de funcionamiento es la inducción y el efecto Venturi
• Las principales características de este tipo de quemadores son:
• No suele superar potencias de 250.000 kcal/h.
• Es el quemador más simple y barato.
• No puede trabajar con cámaras de combustión sobrepresionadas.
• Tiene mucha sensibilidad el arrastre de aire con las variaciones de presión en el recinto donde su
sitúe el quemador.
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
10
Las partes del quemador de mezcla previa por inducción atmosférica son:
• Inyector
• Cámara de mezcla (Efecto Venturi)
• Cabeza del quemador
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
11
Quemador de gas a presión y doble inducción atmosférica
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
12
INYECTOR
Es el accesorio más delicado del quemador.
quemador Es importante conocer la influencia primordial que tiene sobre
todo en lo que se refiere a suministrar el caudal preciso de gas.
El caudal que atraviesa el inyector viene dado por:
• La sección o área libre de paso (S).
• La velocidad con que lo atraviesa el gas (V).
• La densidad relativa y, por tanto, el peso específico del gas (ρ)
• La temperatura de éste (T1).
• Diferencia de presión en el inyector (ΔP).
V = C1 x [(2xgxΔP)/ρ]1/2
Caudal = C2xSxV
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
13
C1: Es el coeficiente de frotamiento, con valor de 0,7 a 0,9 sin dimensiones.
C2: Coeficiente de contracción cuyo valor oscila entre 0,5 y 0,95
Corrección por temperatura: Si se trabaja a una temperatura diferente a T0 = 273º K (0º C) el caudal se debe
corregir multiplicando por un factor, que se determina.
(T0/T1)1/2
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
14
CAMARA DE MEZCLA
La cámara de mezcla es el elemento encargado
g
de realizar la mezcla del aire p
primario y el g
gas,, el aire p
primario entra
en la cámara por la misma tobera que el gas o a través de unos orificios practicados en la pared del tubo, los cuales
se llaman lumbreras.
La regulación de aire primario en el quemador puede hacerse:
•Por obturación de la sección de entrada del aire.
•Por desplazamiento de la boquilla inyectora respecto al Venturi.
•Por estrangulamiento del cuello del venturi.
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
15
DIFERENTES DISPOSITIVOS DE REGLAJE DEL AIRE PRIMARIO
1. Por brida (a); 2. Por disco roscado (b); 3. Por Venturi regulable (c)
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
16
CABEZA DE QUEMADOR con mezcla previa de aire
• Quemadores de llama libre
• Quemadores de antorcha
• Quemadores de rampa
• Quemadores de corona
• Quemadores de venturi acodado
• Quemadores refractarios
• Quemadores catalíticos
Quemador de antorcha
Q
Quemador de rampa
Quemador de corona
Quemador de venturi acodado
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
17
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
18
Quemador con pieza refractaria, para
estabilizar llama
Quemador catalítico de platino
Quemador de radiación infrarroja
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
19
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
20
Esquema del mezclador con aire inductor a presión
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
21
CALDERAS MURALES
• La caldera mural de g
gas apareció
p
en el mercado en l940.
Cámara abierta y tiro natural
Cámara estanca y tiro forzado
Cámara abierta y tiro forzadfo
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
22
Caldera mural mixta, cámara abierta y tiro
forzado, calentamiento A.C.S. por baño
Caldera mural mixta, cámara abierta y tiro
natural, calentamiento A.C.S. Por intercambiador
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
23
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
24
QUEMADORES SIN MEZCLA PREVIA
La mezcla entre combustible y comburente se realiza en la descarga
g a la cámara de combustión, se tienen
dos sistemas de combustión:
• Cuando la mezcla se realiza en la cabeza del quemador, el gas vertido en la cámara de combustión tiene
la composición correcta.
• La mezcla se realiza al inicio de la combustión, el gas y el aire entran por separado a la combustión, no
suele emplearse para generadores de calor.
Quemadores con mezcla en la cabeza.
• Se produce una turbulencia elevada, que produce una mezcla rápida, pudiendo clasificar.
• Quemadores de turbulencia radial fija.
• Quemadores de corriente convergente de aire
• Quemadores de baja turbulencia de flujos paralelos
• La reacción de combustión es rápida.
rápida
• La llama es corta y de elevada temperatura.
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
25
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
26
Quemador de turbulencia radial
Q
Quemador de baja turbulencia de flujo paralelo
Quemador de corriente convergente de aire
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
27
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
28
Quemador monobloc con rampa de gas y grupo de regulación
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
29
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
30
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
31
Quemador de una etapa (p≤100 kW)
Quemador de dos etapas (100<p≤800 kW)
Quemador modulante (800<p kW)
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
32
RAMPA DE ALIMENTACIÓN A QUEMADOR EN BAJA PRESIÓN CON CONTROL DE ESTANQUEIDAD POR BARBOTEO
1 Llave de paso embridada DN40 y PN 25 de 1/4 vuelta.
2 Ventómetro con válvula pulsadora roscada de 1/2"
3 Manorreductor embridado DN40 con filtro, presión ajustable entre 100 y
400 mm.c.a., toma de impulsos interna. Caudal 40 Nm3/h
4 Presostato mínima roscado 1/2"
5 Válvula solenoide embridada DN40, con regulador de caudal tipo NC.
Apertura y cierre rápidos.
6 Electroválvula de venteo roscada 3/4" tipo NA. Apertura y cierre rápidos.
7 Detector fugas glicerina, roscado 3/4".
8 Quemador
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
33
Quemador de una llama
Quemador de dos llamas
Quemador de una llama
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
34
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
35
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
36
ACCESORIOS
Regulador de presión
Válvula de seguridad
g
Filtro
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
37
QUEMADORES ESPECIALES
Quemador de tubos radiantes
Quemador sumergido
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
38
Quemador sumergido con perforaciones
Quemador en vena con premezcla parcial
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
39
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
40
Quemador de alta velocidad
Soplete de corte
Dpto. INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA
TECNOLOGÍA DE LA COMBUSTIÓN
E.T.S. de INGENIEROS INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD DE VALLADOLID
41