Diseño de chimeneas

CONSIDERACIONES ACERCA DEL DISEÑO DE CHIMENEAS

Ruperto Martínez Palazón

CHIMENEAS INDUSTRIALES

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1.- GENERALIDADES Se definen como chimeneas a los conductos construidos para dar salida a la atmósfera libre a gases resultantes de una combustión –o de una reacción química (“gases de cola”)– para su dispersión en el aire ambiente. En la definición de una chimenea intervienenfundamentalmente, los siguientes elementos: 1.- Sección interior, o de paso de gases 2.- Altura, ya sea 2.1.- Para dispersión de gases en la atmósfera libre, o 2.2.- Para la obtención de una depresión mínima determinada en su base 3.- Tipo de material estructural (o externo) 3.1.- Resistencia a las acciones externas 3.1.1.-Viento y “vórtices de Kármán” 3.1.2.- Sismos 3.2.- Cimentación: conocimiento dela geología del terreno 4.- Tipo de material de revestimiento interior 4.1.- Resistencia a la temperatura y ataque físico-químico de los gases 2.- DEFINICIÓN DE LOS GASES A EVACUAR O DISPERSAR Para determinar las características de una chimenea es imprescindible conocer el tipo de fluido que se espera que circule por ella. Normalmente se trata de humos producto de la combustión de combustiblesfósiles (carbón, derivados líquidos o gaseosos del petróleo), madera, etc., en aire ambiente. Sin embargo, aun en estos casos, hay que tener en cuenta la posible “contaminación” de estos humos con sustancias desprendidas de los procesos en los que intervienen, como por ejemplo, el los hornos de reverbero. En el caso frecuente de combustibles líquidos (fuel-oil, gasoil, etc.) o gaseosos (hidrocarburosgaseosos o “gas natural”), estos humos se componen de: ïN2: procedente del aire comburente. ïCO2 y H2O (vapor): procedentes de la combustión de los combustibles orgánicos, junto con pequeñas cantidades provenientes de la propia composición del aire comburente. ïO2: procedente del aire comburente, en exceso respecto al necesario para una combustión estequiométrica. ïNOX: si la temperatura alcanzadapor la llama supera los 1.300ºC en alguna zona, la combinación del nitrógeno del aire (o de los compuestos nitrogenados presentes en el combustible) con el oxígeno se realiza a velocidades apreciables, contaminando los humos con óxidos de nitrógeno en proporciones suficientes como para sobrepasar las normativas de ciertos países. ïSOX: algunos combustibles, especialmente los líquidos, contienenazufre en proporciones que pueden variar entre menos de un 1% (combustibles B.T.S.) hasta algo más de un 5% (fueles pesados) que combinado con el oxígeno del aire, da

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_______ Ruperto M. Palazón http://www.areadecalculo.com

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lugar a diferentes compuestos de azufre, todos ellos considerados comocontaminantes por las administraciones de diferentes países ïCO: resultado de una combustión incompleta ïRadicales libres, partículas sólidas (fundamentalmente de carbono) y otras, procedentes de impurezas en el combustible (metales pesados, por ejemplo), aunque todos ellos en muy pequeñas proporciones. A título de ejemplo, en la tabla adjunta puede verse composiciones típicas de humos producidospor la combustión estequiométrica de un combustible líquido y un “gas natural”, comparadas con el aire ambiente.

Tabla 2.1 % en peso Con Con “Gas Fuel Oil Natural” 20,8 15,4 7,6 12,4 0,4 0,0 70,0 70,9 0,0 0,0 1,1 1,2 0,1 0,1 0,25 1,311 14,0 0,26 1,254 17,0

Componente CO2 H2O SO2 N2 O2 Ar Otros
Calor especifico Kcal/Kg/ºC Densidad normal Kg/Nm3 Kg aire/Kg combustible

Aire 0,05 0,56 0,0075,05 23,07 1,27 — 0,23 1,288 —

Las propiedades de los humos se asemejan a las del aire ambiente (con un 50% de humedad relativa). Normalmente, la combustión se realiza en ambientes con exceso de aire comburente respecto de la proporción estequiométrica, llegándose a duplicar o triplicar esta proporción. En estos casos, con más motivo, las propiedades de los humos se acercan a las del aire....