Boquillas de atomización. Quemadores

Los quemadores y el proceso de la  combustión. La boquilla en el quemador
El propósito principal de un quemador es generar  la energía en forma de calor al sistema donde esté instalado. El quemador se encarga de intervenir directamente en el proceso de la combustión y es el equipo mecánico destinado a generarla.  Sucede que la combustión es, sin lugar a dudas,  el  proceso de transformación de energía que más se utiliza hasta hoy en todo nuestro Planeta  para generar calor. Y a la vez el proceso de la combustión es el mayor contaminante  atmosférico  y causante del calentamiento global. 

Hasta el día de hoy se han ido realizando avances tecnológicos para mejorar la eficiencia y reducir, mitigar, el efecto nocivo de la combustión, pero a pesar de todos nuestros avances en las distintas ramas de la ciencia, algunos que nos asombran, aún  no se ha encontrado una forma barata, limpia y eficiente de generar calor mediante la combustión.

Entre los principales contaminantes de la combustión  está el gas CO2 y desfavorablemente para todos,  la relación entre la masa de combustible quemado y el gas desprendido es de consideración, la naturaleza no lo diseñó diferente y cada vez que se quema 1 kg de combustible fósil, se emiten más de 2 kg de CO2 a la atmosfera.

Por otra parte las cantidades de hidrocarburos fósiles que se destina a quemar son enormes. Más adelante se destacan en rojo. Así que son los quemadores los dispositivos que están en el centro de esta desagradable problemática de  la humanidad donde intervienen la sostenibilidad, el desarrollo y la vida de todos. Concluimos que:

Saber  de quemadores, que hacen y como operarlos bien, es de suma importancia.

La selección correcta de un quemador toma en cuenta   la potencia que tendrá que desarrollar,  el tipo de combustibles a quemar, el diseño y las dimensiones de la cámara de combustión donde funcionará.  La eficiencia de un quemador puede ser considerada desde dos puntos de vistas: primero, la energía  que hay que suministrarle para asegurar una buena atomización del combustible y que pueda desarrollar su potencia nominal y segundo,  el nivel de atomización del combustible líquido que es capaz de garantizar a plena capacidad.  En la medida que el quemador garantice inyectar el combustible dentro de la cámara de combustión con diámetros de partículas más pequeñas,  finas, micrométricas,  se requerirá una menor cantidad de aire para realizar la combustión  y la temperatura de salida de los gases será menor, lo que significa menos energía perdida y expulsada a la atmósfera. 

La boquilla es un   dispositivo que forma parte del quemador y está colocado en el  extremo que  penetra dentro de la cámara de combustión del horno o caldera, por lo que está sometida a un régimen agresivo, caracterizado por la alta turbulencia, temperatura, hollín  y gases corrosivos.

A pesar de estas  condiciones severas,  su trabajo es el de realizar la atomización del combustible correctamente,  pulverizarlo en partículas finas o  nieblas, forzándolo en un movimiento dinámico  de rotación para buscar el intimo contacto entre las pequeñas partículas (entre 10 y 100 µ) y el oxígeno del aire, favoreciendo la  reacción de la combustión.  Hay que prestar especial atención a este dispositivo, pues la gran mayoría de las boquillas en operación  no logran gotas de partículas inferiores a 80  µ, valores que empiezan a favorecer  una combustión ineficiente.  Se admite como un buen atomizador aquel que produce más del 85 % de las gotas con diámetro inferior a 50 µ.

Su eficiencia está en asegurar todo el tiempo que estas condiciones de sean constantes  y garantizar la combustión. Diríamos que es el corazón del quemador.

Llegamos a una conclusión idéntica a la anterior respecto a los quemadores:

 Entonces saber de boquillas o toberas de atomización (pulverización), que hacen y como operarlas bien, es de suma importancia.

Se comprenderá que es un componente muy sensible, pequeño,  pero soporta sobre sus hombros una gran responsabilidad, a pesar de realizar su trabajo en condiciones extremas.

A través de las boquillas de los quemadores  pasan millones de toneladas de combustible  líquido y gaseoso que se alimentan a las  Calderas de las  Termoeléctricas,  Calderas de  Vapor instaladas en las industrias, Calderas de Agua Caliente, Generadores de Calor  instalados en los  Edificios,  en localidades, en los  consumidores domésticos,  etc.

Para tener una idea en el año 2010 el consumo  mundial de Fuel-Oil  fue de 4028.1 millones de toneladas  y de Gas Natural 2858.1 millones de toneladas.  Refiriéndonos al Fuel Oil, podemos aproximarnos a la verdad sin temor diciendo que todo esa energía química almacenada se destinó  a  la combustión para generar potencia o calor, en Hornos, Calderas  y en Motores de Combustión Interna.  Refiriéndonos ahora al Gas Natural, la mayor cantidad  de su energía se quema para generar calor, potencia. Una pequeña parte se destina  a la industria como materia prima, fuente  para la producción de hidrógeno y otros productos petroquímicos, pero la gran mayoría se quema y todas estas cantidades de líquido o gas, pasan por boquillas o toberas de atomización.

En  cada una de las aplicaciones el combustible tiene que fluir en el  quemador, alcanzar la boquilla o tobera  y pulverizarse.  Y esa es la razón que tenemos para  dar prioridad  relevante al proceso de facilitar los conocimientos técnicos,  la  experiencia acumulada y las buenas prácticas sobre este pequeño pero universal  dispositivo mecánico, la boquilla o tobera de atomización,  que tiene bajo su responsabilidad ser un fiel amigo de la naturaleza cuando aseguramos que funcione  óptimamente,  y que por el medio agresivo en el que trabaja requiere de suma atención de las personas que estamos relacionadas con la selección, la operación, el mantenimiento y el control de los sistema energéticos. 

Por ser un dispositivo pequeño, las dimensiones que definen su estructura son también pequeñas, de unidades  milimétricas, al igual que los conductos por donde se inyecta o retorna el combustible.  Cómo tiene  que garantizar una dinámica de flujo pre-establecida y en ritmo con la aplicación donde funcionará,  necesita que las superficies interiores de las ranuras por donde circulará el líquido o gas estén  pulimentadas,  no presenten rugosidades, que  las dimensiones circulares sean simétricas,  que los conductos de circulación del combustible o gas  se mantengan  limpios  durante la  operación y no obstruyan el paso del líquido o del gas o distorsionen su  movimiento pre concebido.

Por lo anterior tenemos que aprender a tratar a las boquillas de atomización  durante todo su ciclo de vida, desde que nos comprometemos en un proyecto que tiene relación con la generación de potencia y calor y para ello requerimos de los quemadores de combustibles y gas.  Aunque los inyectores en las bombas de combustibles y de los carburadores de los Motores de Combustión Interna tienen igual peso en los procesos de combustión y muchas de estas experiencias son aplicables en común,  en este artículo nos referiremos a las boquillas que forman parte de los quemadores industriales y domésticos. 

Si quieres conocer más sobre este decisivo dispositivo que decide la eficiencia de la combustión. visita nuestra web www.energianow.com y principalmente el artículo "Boquillas de Atomización. Quemadores".

Gracias,

René Ruano Domínguez
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