Calderas

INTRODUCCIÓN

Las instalaciones de producción de calor se componen de una gran variedad de elementos, específicos o que pueden formar parte de otro tipo de instalaciones. En esta unidad didáctica se hace una descripción de estos componentes, así como se funcionamiento.

OBJETIVOS

Familiarizar al alumno con los diferentes equipos que configuran las instalaciones de producción de calor.1. COMBUSTIÓN Y COMBUSTIBLES

1.1. La combustión. Tipos de combustión
La combustión es una reacción química entre dos sustancias, combustible y comburente, en la que se libera energía, en forma de calor principalmente.
Los componentes del combustible susceptibles de ser quemados (carbono, hidrógeno y azufre) se oxidan al combinarse con el oxígeno que aporta el comburente. Generalmente seutiliza el aire como comburente, que además de oxigeno (21%), aporta a la reacción otros elementos, como el nitrógeno (78%), vapor de agua, dióxido de carbono y gases nobles en pequeñas proporciones (1% restante).
El proceso de combustión se inicia con la aplicación de una fuente de calor a una mezcla lo suficientemente rica de combustible y comburente, produciéndose una reacción rápida de oxidacióndel combustible, que se manifiesta en forma de llama.

Dependiendo de las proporciones en que intervienen el combustible y el comburente en la reacción de combustión, podemos definir tres tipos de combustiones:

• Combustión incompleta: es la que se produce con defecto de oxígeno, al aportarse a la reacción de combustión una cantidad de aire menor a la necesaria para quemar completamenteel combustible disponible.
Este tipo de combustión favorece la formación de monóxido de carbono (CO), en
lugar del dióxido de carbono (CO2) que se produce en las combustiones completas.
Además de producir un gas altamente tóxico, resulta antieconómica al quedar restos de combustible sin quemar que se eliminan con los humos.


Tabla con las reacciones básicas deoxidación de los componentes del combustible

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• Combustión completa: la reacción de combustión completa es la que se produce con un exceso de oxígeno, lo que garantiza la combustión total del combustible.
De esta forma se aprovecha al máximo el combustible disponible, pero se generan pérdidas de calor, al eliminarse mayor cantidad de gases junto con los humos.

•Combustión neutra (o estequiométrica): en este tipo de combustión se aporta a la reacción la cantidad de aire estrictamente necesaria para quemar completamente todo el combustible disponible.

En la práctica, se trata de conseguir combustiones completas, que se aproximen a la combustión neutra. Hay que tener en cuenta que para favorecer la reacción de combustión, debe mezclarse lo mejor posibleel combustible con el comburente, y esto resulta más fácil cuanto mayor es la cantidad de aire que se aporta a la combustión.
Para determinar el exceso de aire que se aporta a la combustión se utiliza el coeficiente de exceso de aire, que se define como la relación entre la cantidad de aire introducida y la estrictamente necesaria para llevar a cabo la combustión.[pic]

Dependiendo del tipo de combustible, se recomienda un valor para el coeficiente de exceso de aire:

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1.2. Productos de la combustión. El triángulo de la combustión (diagrama de Ostwald).



Pérdidas de calor


Como resultado de la combustión se genera, además de energía, una serie de residuos o productos contaminantes, que seeliminan en forma de humo y cenizas, y que pueden ser:

• Restos de combustibles no quemados (Hidrocarburos, H2O2,…) o parcialmente quemados (CO y partículas de carbono sólidas no quemadas) resultado de combustiones incompletas.
• Impurezas presentes en el combustible, quemadas o no (SO2, cenizas,…).
• Componentes del aire, quemados o no (NO, NO2, O2, N2…).
• Componentes del combustible...