QUEMADORES PARA LÍQUIDOS

QUEMADORES PARA LÍQUIDOS CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES PARA LÍQUIDOS QUEMADOR DE VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN QUEMADORES DE EMULSIÓN QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN FLUIDO AUXILIAR MECÁNICA CENTRÍFUGA PRESIÓN DIRECTA INSTALACIONES DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE APLICACIONES EN CENTRALES TÉRMICAS 1

CLASIFICACIÓN DE LOS QUEMADORES PARA LÍQUIDOS La primera tarea que debe cumplir un quemador para líquidos es la de poner el combustible en fase gaseosa o pulverizarlo en gotas de diámetro menor que una micra para que se mezcle íntimamente con el aire. La forma de conseguirlo sirve para clasificar básicamente los quemadores para líquidos: Quemadores de vaporización o gasificación (viscosidad inferior a 1,5ºE a 10 ºC) Quemadores de emulsión (viscosidad hasta 45ºE a 50 ºC) Quemadores de pulverización Por fluido auxiliar. (Viscosidad entre 3,5ºE y 5ºE a 50 ºC)* Mecánica centrífuga. (Viscosidad entre 5ºE y 10ºE a 50 ºC) Mecánica por presión directa. (viscosidad entre 1,5ºE y 3ºE a 50 ºC) * Pulverización neumática 2

QUEMADORES DE VAPORIZACIÓN O GASIFICACIÓN El elemento principal de todos lo quemadores por vaporización es una cazoleta o cubeta formada por: Taza o crisol Difusor de aire Se distinguen entre quemadores de vaporización con: Tiro natural Ventilador Quemador de vaporización tiro natural 3

Campo de aplicación: Combustibles con una viscosidad inferior a 1,5º E a 10ºC Sólo alcanza hasta potencias de 35 kw Bajo rendimiento Elevada opacidad (a) (b) Quemador de vaporización con ventilador y llama a) vertical b) horizontal 4

QUEMADORES DE EMULSIÓN Se emplean para reducir los efectos contaminantes de los combustibles pesados Consisten en producir una emulsión del combustible líquido con el agua, al comenzar la combustión una gota de emulsión, se produce la rápida evaporación de la fracción de agua contenida en ella, provocando el fraccionamiento de la gota en infinidad de partículas. El interés de este tipo de quemador es: Trabaja con exceso de aire reducido. Reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno Reducción del SO 3 en SO 2 Reduce los inquemados sólidos El principal inconveniente es el consumo suplementario de calor 5

Quemar de emulsión a baja presión 1. Alimentación de combustible. 8. Compresor de aire primario donde se 2. Filtro de combustible. realiza la premezcla aire-combustible. 3. Bomba de combustible. 9. Ventilador de aire secundario. 4. Retorno de combustible. 10. Transformador de encendido. 5. Válvula de regulación de presión 11. Conducto de alimentación de la premezcla incorporada a la bomba. aire-combustible. 12. Electrodos de encendido. 6. Bomba dosificadora. 13. Boquilla pulverizadora. 7. Filtro de aire. 6

1 Bomba combustible 2 Válvula de purga 3 Filtro 4 Resistencia 5 Termostato 6 Bomba de regulación de caudal 7 Electroválvula 8 Toma de aire primario fijo 9 Paletas rotor 10 Inyector o boquilla 11 Rotor compresor Aceite usado Viscosidad: 7 15 E (50 C) Precalentamiento: 70 80 C Gasóleo Viscosidad: 1,6 E (20 C) Precalentamiento: NO Fuel Viscosidad: 3,5 45 E (50 C) Precalentamiento: 90 C Fuel + aceite usado Viscosidad: 3.5 15 E (50 ) Precalentamiento: 80-90 C 7

QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN POR FLUIDO AUXILIAR La energía que se precisa para atomizar el combustible la aporta el fluido auxiliar: Aire o neumática ( Viscosidad del combustible 3-5º E a 50 ºC) Baja presión (0,1 a 0,5 atm) Media presión (0,1 a 1,5 atm) Alta presión (0,5 a 7 atm) Vapor de agua (Viscosidad del combustible 5-8º E a 50ºC) Quemador de pulverización neumática a baja presión de mezcla 1. Alimentación de combustible. 8. Compresor de aire primario. 2. Filtro de combustible. 9. Ventilador de aire secundario. 3. Bomba de combustible. 10. Transformador de encendido. 4. By-pass de retorno de combustible. 11. Conducto de inyección de aire 5. Válvula de regulación de presión, Primario. incorporada a la bomba de combustible. 12. Caña de combustible. 6. Bomba dosificadora de combustible. 13. Electrodos de encendido. 7. Filtro de aire. 14. Boquilla pulverizadora. 8

Boquilla de pulverización por vapor Boquilla de pulverización por aire a media y alta presión 9

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QUEMADOR DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA CENTRÍFUGO O DE COPA ROTATIVA El combustible se impulsa a través de un eje hueco a una pieza troncocónica, llamada copa. Que gira a gran velocidad (3.000 a 4.000 r.p.m., normalmente), al alcanzar el extremo de la copa, tiende a disgregarse en diminutas partículas. 11

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QUEMADORES DE PULVERIZACIÓN MECÁNICA POR PRESIÓN DIRECTA Son los quemadores que casi en exclusiva se emplean hoy en las instalaciones de climatización. FUNDAMENTO 1 cm 3 de gasóleo en una sola gota tendrá un diámetro de 1,24 cm y una superficie de 4,83 cm 2. 1 cm 3 de gasóleo en 10 millones de gotas de diámetro entre 5µ y 500µ y una superficie de 1.200 cm 2 14

tgα = V V a Respecto a las diversas partículas del combustible que llegan a la salida de la tobera entre los puntos extremos, aplicando la ley de conservación de la energía se tiene: V t xr = cte 1 1 Siendo V t1 la velocidad tangencial entre un punto intermedio entre A y A y r 1, la distancia que separa al mencionado punto del eje de la tobera. En resumen, todas las partículas quedan comprendidas entre dos hiperboloides límites: El que corresponde al círculo exterior (paredes del chicler). El que corresponde a un círculo interior, muy próximo al eje. La calidad en la pulverización de un combustible se mide por el número de Sauter (Ns), El número de Sauter es función del diámetro del orifico del chicler e inversamente proporcional a la presión de pulverización. t Ns = k d P 0,5 0,33 15

Elementos que constituyen los quemadores de pulverización mecánica por presión Bomba y circuito de combustible 1 Alimentación de combustible 2 Filtro 3 Bomba 4 Retorno 5 Regulador de presión 11 Boquilla de pulverización Ventilador y circuito de aire 6 Ventilador 9 Distribución de aire Cabeza de combustión 10 Cabeza de combustión Circuito de encendido 7 Transformador 8 Electrodos de encendido Elementos de seguridad, control y mando 16

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Bomba y circuito de combustible La función de la bomba y el circuito de combustible es poner en la boquilla de pulverización el combustible en la cantidad y en el estado (presión y temperatura) requeridos por el quemador en cada instante. Esquema de la bomba y circuito de combustible de un quemador de fuelóleo modulante con una sola boquilla de pulverización 18

2 Filtro Retener cualquier tipo de impureza en estado sólido Ser lo suficientemente robusto para resistir sin deformarse ni roturas las presiones de trabajo Las pérdidas de carga del fluido al atravesar el filtro deben ser bajas Ser fácilmente limpiable Antes de la bomba del quemador Antes de la boquilla Gasóleo C 0,250 0,5 mm 0,100 0,250 mm Fuelóleo Menor de 0,250 mm Menor de 0,250 mm 19

3 Bomba La bomba comprime el combustible a la presión necesaria para producir su atomización a la salida de la boquilla. (7 a 14 kg/cm 2 para el gasóleo C y 17 a 25 kg/cm 2 para fuelóleos, siendo lo usual 12 kg/cm 2 para el gasóleo y 22 kg/cm 2 para el fuelóleo) Son bombas volumétricas rotativas, normalmente de engranajes Dan pequeños caudales y elevadas presiones, son de caudal constante Bomba de engranajes internos Bomba de engranajes externos 20

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1. Cámara de aspiración; 2. Conexión de aspiración; 3. Conjunto engranajes; 4. Conexión retorno; 5. Conductos en presión; 6. Envío a boquilla; 7. Muelle regulación presión; 8. Racor de retorno; 9. Conducto de retenes; 10. Cámara de retenes; 11. Tapón de retorno; 12. Tapa de engranajes; 13. Toma para manómetro; 14. Pistón regulación presión ; 15. Prisionero regulación presión; 16. Conducto lubrificación eje. 24

5 Regulación de presión 25

11 Boquilla de pulverización El combustible sometido a una gran presión, es obligado a salir por un orifico pequeño después de haber recibido un movimiento de rotación. El movimiento de rotación se origina, al obligar al combustible a pasar por una hélice antes de llegar al orificio de salida. La fuerte caída de presión que experimenta el combustible al salir se transforma en un aumento de velocidad, que origina la atomización del combustible. Parámetros a considerar en la selección: Forma del hogar Potencia térmica de la caldera Tipo de combustible 26

Influencia de la presión, viscosidad y densidad del combustible en la pulverización mecánica por presión directa 27

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kg/h Capacidad del combustible en kilogramos por hora con una viscosidad de 4,4 cst, un peso específico de 0,83 y una presión de atomización de 7 bar. Usgal/h Capacidad del combustible líquido en galones US por hora con una viscosidad de 3,4 cst, un peso específico de 0,82 y una presión de 7 bar l/h Capacidad del combustible líquido en litros por hora con una viscosidad de 3,4 cst, un peso específico de 0,82 y una presión de atomización de 7 bar. 60º Angulo de rociado S, H, B Cono de salida 29

Caudal de combustible Caudal de combustible (kg/h) = Potencia caldera (kcal/h) PCI (kcal/kg) x Rendimiento Presión de inyección en kg/cm 2 Caudal nominal en GPH 7 8 10 12 14 l/h Kg/h l/h Kg/h l/h Kg/h l/h Kg/h l/h Kg/h 0,40 0,50 0,60 0,65 0,75 0,85 1,00 1,10 1,20 1,5 1,9 2,3 2,5 2,8 3,2 3,8 4,1 4,5 1,3 1,6 1,9 2,1 2,4 2,7 3,2 3,4 3,8 1,7 2,0 2,4 2,6 3,1 3,4 4,0 4,3 4,9 1,4 1,7 2,0 2,2 2,6 2,9 3,4 3,6 4,1 1,8 2,3 2,7 2,9 3,5 3,8 4,5 4,8 5,5 1,5 1,9 2,3 2,4 2,9 3,2 3,8 4,5 4,8 1,9 2,5 3,0 3,3 3,8 4,0 5,2 5,7 6,3 1,6 2,1 2,5 2,7 3,2 3,6 4,2 4,5 5,0 2,0 2,7 3,2 3,4 4,0 4,5 5,2 5,7 6,3 1,7 2,3 2,7 2,9 3,4 3,8 4,4 4,8 5,3 Caudales de pulverización en función de la presión de inyección para un combustible de densidad 0,84 30

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Angulo de pulverización Existen seis ángulos de pulverización estandarizados 32

Cono de llama Hueco Semihueco Lleno Denominación de las boquillas de pulverización más usuales 33

Dimensiones de la llama, según caudal y ángulo de pulverización 34

Tipos de boquillas de pulverización Presión directa. Con retorno. Presión directa con ranura regulable. Pistón. Doble circuito Boquilla sin regulación de caudal 35

Boquilla con retorno Boquilla de pistón Doble circuito de combustible Boquilla de ranuras variables por pistón 36

Quemador modulante con boquilla de pulverización de retorno Quemador de dos llamas con boquillas de pulverización sin regulación de caudal 37

Ventilador y circuito de aire Forman el circuito de aire de combustión Suministran la cantidad de aire necesaria para la combustión Aseguran una cierta calidad de este aire, imprimiendo una velocidad y una turbulencia que favorezca la mezcla homogénea Debe vencer la contrapresión del hogar 6 Ventilador 38

Regulación automática del aire 39

9 Distribución del aire El cabezal de distribución de aire está formado, en general, por un estabilizador o deflector y por el cañón de llama, con ciertas posibilidades de movimiento relativo entre ellos. 40

Cabeza de combustión Es el lugar donde el circuito de aire y de combustible aportan el aire y el combustible respectivamente y tiene lugar la llama. Es importante: Los caudales que aportan El centrado del deflector de aire y la boquilla de pulverización La distancia entre la salida de la boquilla y el deflector. 41

Circuito de encendido Se utiliza el encendido eléctrico por arco de chispa que salta entre dos electrodos. Los elementos del circuito son: Transformador eléctrico Electrodos Portaelectrodos 7 Transformador El transformador se alimenta en baja como el resto del quemador y produce en el secundario entre 10.000 y 12.000 voltios con una intensidad del arco de 25 a 50 miliamperios 42

8 Electrodos de encendido Son varillas de níquel o acero inoxidable 18/8 de unos 2 mm de diámetro que se alojan en una envoltura de cerámica aislada de 12 a 14 mm de diámetro Cada constructor da para sus quemadores unas distancias concretas que oscilan: A entre 3 y 5 mm. B entre 8 y 12 mm, según el ángulo de pulverización C entre 1 y 5 mm D que se da a veces entre 4 a 6 mm. 43

Elementos de seguridad y control El funcionamiento del quemador y el gobierno automático del mismo y de cada uno de sus órganos se realiza a través del programador Las funciones de gobierno del quemador son: Alimentación del transformador de encendido que produce la chispa Alimentación del motor eléctrico del quemador que acciona bomba y turbina. Corte de alimentación de los electrodos si el encendido ha sido correcto Detección de la marcha del quemador por orden del termostato de caldera, presostato o del termostato ambiente. Vigilancia permanente del quemador cuando está funcionando Tentativa de reencendido en caso de detección por un mal funcionamiento Bloqueo en posición de seguridad Puesta en marcha de alarma 44

Relés : (RA) Transformador de encendido (R.M.) Motor del quemador (R.T.S.) Bloqueo en caso de fallo 45

Tipo atomizaror Pulverización mecánica de Pulverización con fluido auxiliar Efecto Presión de combustible en la tobera (atm) Presión directa Con retorno 14-20 20 30 Vapor alta 0,5 12 presión Viscosidad requerida en la tobera (ºE) 2 3 2 3 5 8 Campo regulación 1/1,2 1/3 1/6 de Consumo de Presión del fluido auxiliar fluido auxiliar (kg fluido/ kg combustible) en el atomizador (atm) No No 0,1 0,15 para vapor a 7-10 atm. 0,2 0,3 para vapor a menos presión No No 0,5 10 Potencia Control de la requerida para forma del atomizar unkg chorro de combustible (kwh) 0,05 Variación ángulo de 45º a 80º >0,05 Variación ángulo de 45 a 80º 0,1 0,15 Muy Bueno Fluido auxiliar presión directa + 20 2 3 1/10 0,03 con aire comprimido a 6 atm 0,06 con vapor a 6 8 atm. Aire 1,5 6 Vapor 3 10 0,07 0,07 Bueno se puede conseguir chorros planos Aire a alta presión 0,5 7 3 8 1/5 0,3 1,5 8 0,1 0,15 Bueno Aire a media presión 0,1-1,5 2 8 1/5 0,4-0,5 0,5 1,5 0,08 0,1 Bueno Aire a baja presión 0,1-0,5 Copa rotativa Suficiente para mantener caudal en copa 2 8 1/5 15 30% del aire total de combustión 3-8 1/4 10 15 % del aire total de combustión 500 1000 mm.c.a. 250 300 mm.c.a. 0,08 0,15 Bastante limitado 0,07 Bastante limitado, tendencia chorro ancho a 46

INSTALACIONES DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE Gravedad Aspiración Bombeo A) Gravedad B) Aspiración (0,45 bar) 47

1. Depósito, 2. Filtro con grado de filtración 0,5, 3. Grupo de presión, 4. Manómetro de control, 5. Llaves de cierre unidas mecánicamente, 6. Quemador, 7. Regulador de presión, 8. Filtro 'con grado de filtración 0,3, 9. Bomba del quemador, 10. Presostato (aconsejado para permitir el arranque del quemador sólo si el anillo tiene la presión adecuada) 48

1. Depósito (precalentado para fuel de más de 7º E a 50 OC), 2. Filtro con grado de filtración 0,5 (con resistencia para fuel de más de 7 oe a 50 OC), 3. Grupo de presión, 4. Manómetro de control, 5. Llaves de cierre unidas mecánicamente, 6. Quemador (con kit para fuel denso), 7. Regulador de presión (tarado según tabla), 8. Filtro con grado de filtración 0,3 (con resistencia, para fuel de más de 7 E a 50 OC), 9. Bomba del quemador, 10. Degasificador, 11. Presostato (aconsejado para permitir el arranque del quemador solo si el anillo tiene la presión adecuada) 49

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