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¿Cómo calcular el consumo de gas en un quemador industrial?

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Cuando se adquiere un equipo de cualquier clase que consuma un determinado tipo de energía, lo primero que deseas conocer, es ¿Qué cantidad del energético utiliza?. El mismo caso aplica para quemadores industriales. Cuando un cliente adquiere un quemador, se hace el mismo interrogante. En la industria es común encontrar un desconocimiento generalizado en este tema. Para conocer el consumo de gas de un quemador industrial, basta con multiplicar de manera directa, la capacidad del quemador con el poder calorífico del gas utilizado. De la siguiente manera:

Flujo Volumétrico = Capacidad calorífica quemador x Poder calorífico inferior (PCI) gas

Sin embargo, es necesario tener un cuidado especial con las unidades que se utilizan para calcular el consumo de gas en un quemador industrial. Ya que si estás utilizando el SI (Sistema internacional) para la capacidad del quemador, no puedes usar el sistema inglés para el poder calorífico inferior. A continuación, ejemplos de congruencia dimensional.

  • Si usas la capacidad en kW, el poder calorífico debe estar en kJ/m3, y el flujo que obtendrás será en m3/s.
  • Si usas la capacidad en BTU/h, el poder calorífico debe estar en BTU/ft3, y el flujo que obtendrás será en ft3/h.
  • Si usas la capacidad en kcal/h, el poder calorífico debe estar en kcal/m3, y el flujo que obtendrás será en m3/h.

De esta manera se obtiene el consumo de gas en un quemador industrial.

¿Qué hace un quemador industrial?

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Un quemador industrial coloca las cantidades justas de aire y gas necesarias para iniciar el proceso de combustión.  Mantiene esas cantidades constantes y permite la regulación del aire y del gas, lo que contribuye a la permanencia estable de la flama.  Da la dimensión adecuada a la llama y otorga un poder de radiación suficiente a la misma de acuerdo al calor y carga térmica.

Estos equipos se pueden clasificar en Comerciales (entre 25,000 y 150,000 Kcal/ h) o Industriales (mayores a 150,000 Kcal/h).

Para mantener su buen funcionamiento es necesario darles mantenimiento constante. El cual consiste en; limpieza, calibración, análisis de gases y comprar partes o reemplazar componentes si es necesario.

Actualmente los quemadores industriales, incorporan sistemas digitales de control cuya función es la de informar de las variables representativas que estén afectando la combustión y controlan el proceso evaluando los distintos parámetros.

También pueden tener sistemas de control de velocidad para ajustarla de forma deseada, esto se traduce en ahorros para la empresa tanto en el uso de combustible como en el de la luz eléctrica.

En Thermal Combustion ofrecerles el dispositivo que le aporte mayores beneficios es nuestra prioridad , por eso manejamos  las mejores marcas.

Ventajas y desventajas de una combustión no estequiométrica: Quemadores industriales con aire insuficiente.

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Cuando un quemador tiene aire insuficiente, quiere decir que la cantidad de aire mezclado con el combustible es menor a la cantidad de aire estequiométrica. Cuando esto para el oxígeno disponible en el aire, reacciona por completo con el carbono e hidrógeno del combustible. Por esto, no queda oxígeno disponible al final de la combustión para que reaccione con el nitrógeno del aire. Esta es la única ventaja de la insuficiencia de aire. Que la combustión no genera NOx, que se forman en los gases de combustión después del proceso.

 

Debido a que la combustión es incompleta, no se usa toda la energía química del combustible. Por esta misma razón, en los gases de escape se encontrarán, mucho monóxido de carbono, hollín y combustible sin reaccionar. Otra desventaja es que la operación del quemador industrial no es confiable, aumentando la probabilidad de que la flama se extinga.

 

Por la falta de oxígeno para la combustión completa, muchos átomos de carbono reaccionan sólo con un átomo de oxígeno, generando grandes cantidades de monóxido de carbono, que es altamente contaminante. Entre más se acerque la cantidad de aire al teórico, el monóxido de carbono disminuye, y el dióxido aumenta, alcanzando un máximo cuando el aire es igual al estequiométrico. Como se usa todo el oxígeno, no se puede encontrar en los gases de escape del proceso, moléculas del mismo.

 

Por estas razones los quemadores no deben quedar calibrados con insuficiencia de aire, y deben tener las condiciones óptimas de trabajo.

Funcionamiento de quemadores industriales: Quemador de dos etapas progresivo

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La señal de control que es enviada a los quemadores industriales en un control de lazo cerrado, modifica su capacidad térmica. Dependiendo del tipo de quemador es el cambio de la capacidad.

El segundo tipo de quemadores es el que tiene un funcionamiento a dos etapas progresivo. Este quemador tiene tres estados en  su funcionamiento. Apagado, Primera etapa o Flama baja y Segunda etapa o Flama alta. El quemador comienza su funcionamiento, en flama alta o segunda etapa, cuando hay demanda de calor en el sistema .Cuando la variable se acerca al punto de configuración o Set Point, el control envía una señal al quemador, y este cambia su capacidad a flama baja o primera etapa.

La flama baja aumenta la magnitud de la variable en menor proporción, sin embargo, sigue inyectando calor al sistema. Si la variable aumenta su magnitud hasta un punto máximo, el control envía la señal al quemador, y este se apaga. Por otro lado, si en flama baja la variable empieza a disminuir su magnitud hasta un punto mínimo porque el gasto de calor en el sistema es mayor que el suministrado, el control le envía la señal al quemador y este aumenta el suministro de calor pasando a flama alta. Este ciclo se repite, controlando la temperatura durante el tiempo de funcionamiento del sistema.

Este tipo de quemadores industriales tiene un servomotor, el cual abre o cierra por medio de un mecanismo la compuerta de aire y la válvula mariposa de gas. Este proceso restringe el flujo del combustible y el comburente, para cambiar la capacidad de calor que el quemador emite. La modificación la hace en  los dos estados mencionados anteriormente. Flama baja y Flama alta.

El control de la variable de este tipo de sistemas también se maneja en un rango de temperaturas. Pero comparado con el sistema ON-OFF, este rango es menor y se encuentra muy cercano al punto de configuración (Set Point). La temperatura del sistema por lo tanto oscila en un rango más reducido y su control es mejor.

¿Qué hace un switch de presión de gas?

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Los quemadores industriales contienen un switch de presión de gas, pero para entender su funcionamiento debemos reconocer que es un interruptor que actúa como un sensor y que al detectar una baja o alta en el nivel de presión predeterminado, genera una retroalimentación eléctrica.

Por lo tanto, los switch de presión son dispositivos de seguridad utilizados en sistemas de presión positiva o de presión diferencial para detectar cambios de presión en gas o en aire. 

Existe una línea desarrollada para quemadores industriales, mismos que se adecuan al cierre o apertura sobre un circuito de corriente.

Los modelos más conocidos en cuanto a estos dispositivos son:

El modelo C6097A, interruptor que abre el circuito cuando la presión cae por debajo del punto de operación.

Y el modelo C8097B que abre el circuito cuando la presión sube por arriba del punto de operación.

En Thermal Combustion te asesoramos para que elijas el quemador industrial con los switches de presión adecuados para el funcionamiento óptimo del equipo.