QUEMADORES PARA GASES INTRODUCCIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES DE GASES QUEMADORES DE PREMEZCLA CALDERAS MURALES QUEMADORES ESPECIALES

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1 QUEMADORES PARA GASES INTRODUCCIÓN CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES DE GASES QUEMADORES DE PREMEZCLA CALDERAS MURALES QUEMADORES SIN MEZCLA PREVIA QUEMADORES ESPECIALES 1

2 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 CO 2 Producción H 2O Contenido de S g/kwh (sobre PCI) g/kwh (sobre PCI) % Fuelóleo BIA 283 < 1 Gasóleo < 0,2 Butano > 0,05 Propano < 0,05 GN (metano)

3 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: Manera de estabilizar la llama (4 variantes). 5º Cifra: Localización de la combustión (7 variantes). 6º Cifra: Precalentamiento o no del aire de combustión (3 variantes). 3

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5 1º Cifra Modo de formación de la mezcla aire-gas 1 Mezcla previa total por inducción 2 Mezcla previa total por cámara de mezcla. 2º Cifra Presión del gas 3º Cifra Características del 4º Cifra Estabilización de la 5º Cifra Localización de la 6º Cifra Precalentamiento del Y del aire derrame de la mezcla llama combustión aire de combustión. previa pe asin quemar, a,o del aire y gas por orificios separados 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 atmosférica. 2 Gas a baja presión (hasta 500 mm); aire a presión. aire. 2 Derrame paralelo 2 Por recirculación de 2 En pieza refractaria, 2 Quemador pudiendo gases calientes generalmente cónica. funcionar con aire (turbulencia libre) precalentado 3 Mezcla previa total 3 Gas a alta presión 3 Derrame 3 Por un obstáculo 3 En contacto con 3 Quemador antes del quemador. (sobre 500 mm); aire a presión atmosférica. convergente. (turbulencia de obstáculo) refractario o de masa de granos de refractarios. funcionando necesariamente con aire caliente. 4 Mezcla previa parcial 4 Gas a alta presión 4 Derrame giratorio. 4 Por una superficie 4 Sobre superficie por modulación. 5 Mezcla previa parcial por cámara de mezcla 6 Mezcla previa parcial antes del quemador (sobre 500 mm); aire a presión. 5 Gas reducido sensiblemente a la presión atmosférica; aire a presión 6 Gas reducido a la presión atmosférica. 7 sin mezcla previa. 7 Mezcla aire-gas a presión. refractaria refractaria. 5 A través de 0 Llamas libres sin 5 En túnel de refractario poroso. ningún artificio de combustión refractaria. estabilización. 6 Sobre rotor giratorio. 6 En tubo metálico o cerámico. 7 En contacto con masa catalítica. 5

6 QUEMADORES DE MEZCLA PREVIA Los quemadores de mezcla previa son aquellos en que parte o la totalidad del aire necesario 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, (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. 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. 6

7 Cámara de mezcla Máquina de mezcla 7

8 Mezclador de inducción atmosférica Mezclador con aire inductor a presión 8

9 Comparación de ambos tipos de mezcladores de inducción Mezclador de inducción atmosférica Sencillez de construcción Utiliza sólo la presión del gas Precio de compra bajo Presión de mezcla baja Mezclador de aire inductor y gas despresurizado Construcción más complicada (regulador de gas) Exige un compresor de aire Precio de compra gravado por el del regulador de gas y el compresor de aire. 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 de combustión las cámaras de combustión Tamaño excesivo para los quemadores Tamaño que no puede ser muy reducido de gran caudal para los quemadores de pequeño caudal No necesita energía auxiliar Consume energía 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 9

10 Quemador de mezcla previa por inducción atmosférica Llamados popularmente quemadores atmosféricos, al entrar el aire al quemador por la presión 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 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. 10

11 Las partes del quemador de mezcla previa por inducción atmosférica son: Inyector Cámara de mezcla (Efecto Venturi) Cabeza del quemador 11

12 Quemador de gas a presión y doble inducción atmosférica 12

13 INYECTOR Es el accesorio más delicado del 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 (T 1 ). Diferencia de presión en el inyector (ΔP). V = C 1 x [(2xgxΔP)/ρ] 1/2 Caudal = C 2 xsxv 13

14 C 1 : Es el coeficiente de frotamiento, con valor de 0,7 a 0,9 sin dimensiones. C 2 : Coeficiente de contracción cuyo valor oscila entre 0,5 y 0,95 Corrección por temperatura: Si se trabaja a una temperatura diferente a T 0 = 273º K (0º C) el caudal se debe corregir multiplicando por un factor, que se determina. (T 0 /T 1 ) 1/2 14

15 CAMARA DE MEZCLA La cámara de mezcla es el elemento encargado de realizar la mezcla del aire primario y el gas, el aire 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. 15

16 DIFERENTES DISPOSITIVOS DE REGLAJE DEL AIRE PRIMARIO 1. Por brida (a); 2. Por disco roscado (b); 3. Por Venturi regulable (c) 16

17 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 Quemador de rampa Quemador de corona Quemador de venturi acodado 17

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19 Quemador con pieza refractaria, para estabilizar llama Quemador de radiación infrarroja Quemador catalítico de platino 19

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21 Esquema del mezclador con aire inductor a presión 21

22 CALDERAS MURALES La caldera mural de gas apareció en el mercado en l940. Cámara abierta y tiro natural Cámara estanca y tiro forzado Cámara abierta y tiro forzadfo 22

23 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 23

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25 QUEMADORES SIN MEZCLA PREVIA La mezcla entre combustible y comburente se realiza en la descarga 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. La llama es corta y de elevada temperatura. 25

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27 Quemador de turbulencia radial Quemador de baja turbulencia de flujo paralelo Quemador de corriente convergente de aire 27

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29 Quemador monobloc con rampa de gas y grupo de regulación 29

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32 Quemador de una etapa (p 100 kw) Quemador de dos etapas (100<p 800 kw) Quemador modulante (800<p kw) 32

33 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 33

34 Quemador de una llama Quemador de dos llamas Quemador de una llama 34

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37 ACCESORIOS Regulador de presión Válvula de seguridad Filtro 37

38 QUEMADORES ESPECIALES Quemador de tubos radiantes Quemador sumergido 38

39 Quemador sumergido con perforaciones Quemador en vena con premezcla parcial 39

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41 Quemador de alta velocidad Soplete de corte 41