PROF. ING. GREGORIO BERMÚEZ
Combustible en calderas Las calderas de vapor pueden consumir básicamente tres tipos de combustibles: Combustibles fósiles (carbón, gas natural, petróleo o sus derivados). Subproductos de procesos industriales (madera, bagazo, gas de alto horno, escape de motores o turbinas, desechos o basuras). Isotopos radioactivos (reactores nucleares). En los dos primeros tipos de combustibles las principales propiedades son la composición química o análisis último y el poder calorífico superior.
Carbón: Además de las propiedades de composición y poder calorífico superior, en los carbones es conveniente conocer las siguientes características: Tipo. Análisis próximo o apropiado. Fragilidad. Temperatura de fusión de las cenizas.
TIPO: En orden creciente de edad de formación, los carbones se clasifican en los tipos liguita, bituminoso, y antracita. Dentro de estos tipos hay rangos intermedios. Mientras mayor sea la edad del carbón mayor su dureza y poder calorífico y menor su contenido de humedad. Esto significa por ejemplo, que un carbón del tipo antracita tiene mayores costos de extracción y pulverización, pero, genera mayor cantidad de energía tiene menores costos de sacado, presenta menos perdidas de energía sensible y latente (agua presente en los humos) y menores durante el transporte(estabilidad de tamaño).
ANALISIS PROXIMO: En los carbones se determina un análisis físico de composición en términos siguientes: % humedad: (ensayo de calentamiento a 150 F durante 24 hr). Determina el peso del agua inherente y superficial contenida en le carbón. Representa perdidas de energía por evaporación y sobrecalentamiento y peso muerto durante el transporte. % cenizas: (ensayo de combustión completa de 12 a 24 hr). Determina el peso de las sustancias solidas o residuos incombustibles del carbón. Significa perdidas por calentamiento y retención de sustancias combustibles además de peso muerto de transporte. % volátiles: (ensayos de calentamiento 1700 F) durante 7 min). Determina el contenido de gases combustibles e incombustibles del carbón. Influye en el diseño de la forma y tamaño del hogar y de los mecanismos de combustión). % carbón fijo: (determinación por diferencia o resto). Determina el peso efectivo de combustible solido contenido por el carbón.
FRAGILIDAD: Es de interés conocer esta propiedad de los carbones ya que determina de una parte de las posibilidades de pérdidas de material durante el transporte y de otra parte, la estabilidad de tamaño influye de manera importante sobre la forma como debe quemarse cada tipo de carbón (tipo de parrilla, pulverización, etc.) TEMPERATURA DE FUSION DE LAS CENIZA: Los residuos de combustión del carbón pueden formar escorias de comportamiento plásticos cuando la temperatura del hogar es superior a la temperatura del hogar es superar a la temperatura de fusión de las cenizas. Estas escorias plásticas se adhieren a los refractarios, pueden reaccionar con ellos deteriorándolos y dificulta su remoción de la caldera.
ACEITES COMBUSTIBLES: A parte de la composición y el poder calorífico de los aceites combustibles es conveniente conocer las siguientes propiedades: Tipo. Gravedad especifica API. Temperatura criticas. Sedimentos.
TIPO: Los combustibles líquidos mas utilizados son el petróleo crudo y sus derivados de destilación o craqueo. Estos últimos se clasifican según patrones de gravedad especifica gravedad API, poder calorífico y viscosidad, mediante los cuales se designan con números del 1 al 6. El numero 1 corresponde al aceite mas liviano (mayor Pcs) y el numero 6 a los residuos mas densos y viscosos (menor Pcs). GRAVEDAD ESPECÍFICA Y GRAVEDAD API: La gravedad especifica de los aceites, lo mismo que la de cualquier liquido, es de cociente de la densidad del aceite y de la densidad del agua en las mismas condiciones de temperatura, para tener un nivel de referencia común se utiliza la gravedad especifica determinada sobre la base del agua a 60 F y aceite a 60 F (15,5) y esta gravedad especifica se denomina 60/60 (GE 60 F/60 F esto es: Ge 60/60 = Paceite (60 F) / Pagua (60 F)
TEMPERATURAS CRÍTICAS: Desde el punto de vista de comportamiento de un aceite como combustible, es importante conocer tres temperaturas críticas: La temperatura de fluencia: es la misma temperatura a la cual un aceite desciende por gravedad en un plano inclinado patrón; es una medida de ser viscosidad y facilidad de bombeo. Conviene que esta temperatura sea lo mas baja posible. La temperatura de incandescencia: (temperatura de saturación) es la temperatura en la cual se empiezan a formar vapores en la superficie del liquido. Denota la volatilidad del aceite y la máxima temperatura de manipulación o bombeo. Conviene que sea relativamente alta para los aceites pesados. La temperatura de encendido: es la temperatura mínima a la cual se forma suficiente cantidad de vapores en la superficie del líquido de manera que puede mantener una llama estable. Denota volatilidad y facilidad de encendido. Denota volatilidad y facilidad de encendido. Conviene que sea relativamente baja pero por supuesto superior a la temperatura de incandescencia
SEDIMENTOS: El contenido de sedimentos y agua de un aceite es factor importante en la determinación de la necesidad de filtrado y en consecuencia de la potencia de bombeo. Los sedimentos y el agua pueden ocasionar problemas de obstrucción, corrosión y abrasión de las bombas y especialmente en los finos conductos de atomización de los quemadores. Así mismo dan lugar a interrupciones de la llama (peligro de explosión) y formación de cenizas y hollines.
COMBUSTIBLES GASEOSOS: Los combustibles gaseosos son los que representan mejores condiciones de utilización (transporte, suministro, combustión completa y limpia). Los principales de estos combustibles son: Composición: Se hace referencia especial a la composición de los combustibles gaseosos ya que por ser mezclas de gases, conviene expresar su composición en términos de la proporción de cada uno de sus constituyentes individuales (Co, Co2, N2, etc.)y estas proporciones normalmente se indican en porcentajes volumétricos. Poder calorífico superior: El Pcs de los gases se determina usualmente en calorímetros de flujo, con referencia al caudal volumétrico que circula por el calorímetro. Por esta razón, se expresa en términos de volumen (Btu/pie 3 N) normalizado a ciertas condiciones de presión (1 atm) y de temperatura (60 F).
Gravedad especifica: La gravedad específica de los gases se mide con referencia a la densidad del aire a 1 atm (760 mmhg) y 60 F. Esto es Ge = Pgas (1 atm, 60 F) / Paire (1 atm, 60 F). Esta propiedad es importante para calibrar los instrumentos de medición de caudal consumido del gas. A continuación se mencionan los principales tipos de combustibles gaseosos utilizados en calderas, junto con su origen y algunas propiedades. Gas natural: este gas proviene de los depósitos subterráneos de formación análoga a la del petróleo y muchas veces en los mismos yacimientos de petróleo. Su composición consta principalmente de metano (CH 4 ), etano (C 2 H 6 ), nitrógeno (N 2 ) y pequeñas cantidades de otros elementos. Gases licuados de petróleo (GLP): son gases artificiales producidos en los procesos de destilación del petróleo. Normalmente son mezclas de propano, butano, isopropano e isobutano. Su costo es elevado comparado con el del gas natural.