Combustion

TEMA 11- INTERCAMBIADORES CON COMBUSTIÓN
CONTENIDOS DEL TEMA
Generación de calor.
Cambiadores de combustión.
Hornos y calderas.
Métodos de cálculo

Bibliografía
• Donald Q. KERN, Proceso de transferencia de calor/ Process
Heat Transfer, Mc Graw Hill, 1994 (1ª Ed. 1950)
• Alejandro ANAYA, Métodos para cálculo y diseño de hornos de
proceso, Ingeniería Química, Vol. 29, no. 341, p.91-102, 1997.

TEMA 11- INTERCAMBIADORES CON COMBUSTIÓN
OBJETIVOS
La finalidad principal de este tema es que el alumno conozca
las partes fundamentales de construcción de un horno de
proceso y de una caldera, y aprenda a calcular de forma
básica este tipo de equipos. Al finalizar este tema, el alumno
será capaz de:
Identificar las secciones básicas de calderas y hornos
Estimar el flujo decalor transferido en un horno o
caldera
Dimensionar de forma aproximada calderas y hornos

Generación de calor por combustión
Fuente de calor: reacción redox
CmHn + O2
CO2 + H2O + Q
Características:
• Altas Temperaturas. Mecanismos:
- RADIACIÓN
- Convección desde la masa de gases producidos
- Conducción
• Altas velocidades de Transferencia de Calor: 3 – 100 MW

Cambiadores decombustión: Equipos
Calderas generadoras de vapor
2 tipos, función del fluido que circula por el interior de los tubos
- Pirotubular (Tubos de humos): los gases de combustión
- Acuotubular (Tubos de agua): el agua a vaporizar

Cambiadores de combustión: Equipos
Hornos de proceso (calentadores a fuego directo): son
cambiadores de calor con cargas térmicas muy grandes.
Aplicaciones
•Ebullidorespara columnas de destilación
•Precalentadores alimentadores a columnas de fraccionamiento
(60% de F tiene que vaporizarse)
•Suministro de calor a fluidos viscosos
•Precalentadores de alimentación a reactores
•Reactores a fuego directo (reformado de hidrocarburos,
producción de H2 (T = 800-900 ºC))

Partes del horno
Cámara de combustión (Quemadores)
2 (3) secciones de intercambio decalor (Bancadas de tubos):
Sección de radiación (U = 10000 W/m2—ºC )
Sección de convección (recuperación) (U = 20 – 50 W/m2—ºC)
(Banco de escudo: recibe una fracción de calor por
radiación. No se pueden emplear tubos aleteados)
Chimenea
Tubos : di = 75 – 150 mm
Construcción
Cámara de acero rectangular o
cilíndrica recubierta de ladrillos
refractarios
Bancada de tubos

ClasificaciónFunción de la orientación de los tubos en la sección de
radiación: 2 Tipos,
Hornos Verticales

Cilíndrico-vertical. Cilíndrico-vertical. Cilíndrico-vertical.
Todo radiante
Serpentín
Con sección de
convección

(Corte transversal)

Hornos Horizontales

Transmisión de calor por radiación.
qr = F —σ—A—(T14 – T24)
Dónde:
qr : flujo de calor por radiación (BTU/h)
F : Factor global deintercambio térmico por radiación
(adimensional, incluye la geometría del sistema y las
emisividades de cuerpos no-negros calientes y fríos).
σ: Cte de Stefan-Boltzmann (0.173 —108 BTU/ h — ft— ºR4)
A: superficie efectiva de T.Q. (del sumidero o cuerpo frío) (ft2)
T1: T de la fuente de calor (ºR)
T2: T del receptor de calor o sumidero (ºR)

Transmisión de calor por radiación.
Partesesenciales para TQ. – Identificación en un horno
Fuente de calor

Gases de combustion

Receptor de calor o sumidero

Tubos sobre las paredes,
techo, y piso del horno, o en la zona central de la cámara de
combustión

Superficies envolventes (contienen el sumidero y la fuente)
Paredes, bóvedas y piso → superficies refractarias
Zona Radiante

Quemadores

Fuente de calor
Calor producidopor reacción de combustión y el calor que
puede aportar el aire
Combustibles gaseosos → llamas no luminosas
Combustibles derivados del petróleo → llamas de
luminosidad variable
Combustibles sólidos → llamas de partículas incandescentes
%Exceso aire:

≈ 10 - 20% para combustibles gaseosos
≈ 15 - 25 % combustibles Líquidos
> 25% combustibles sólidos

Fuentes de radiación → productos de...