martes, 12 de marzo de 2013

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
info@energianow.com
www.energianow.com


martes, 5 de marzo de 2013

Válvula de Expansión

Conozca cómo actuar y mejorar  la eficiencia energética del sistema de refrigeración controlando correctamente el flujo de refrigerante  que se inyecta  al  evaporador.

¿Sabe cómo funciona la válvula de expansión  termostática?
¿Conoce sobre sus componentes principales y que funciones realizan?
¿Y qué sabe sobre los factores que afectan la operación y el rendimiento de  estas válvulas?
¿Le gustaría informarse sobre el procedimiento de selección de las mismas?

Como resultado del estudio y  aplicación de los conocimientos que  se presentan en  este resumen  sobre la  Válvula de Expansión  (principalmente las Termostática),  aprenderá lo básico para poder actuar sobre este fundamental componente frigorífico,  el  que participa con gran peso  en el comportamiento energético del sistema,  en su consumo eléctrico y en las emisiones de gas CO2,  el principal causante del Cambio Climático.

El dispositivo de expansión o  válvula de expansión tiene la función en el sistema de refrigeración de controlar el flujo de refrigerante líquido que entra al evaporador. El refrigerante líquido que llega al dispositivo a alta presión, fluye a través de él y se transforma en una mezcla líquido – vapor  a baja presión. Esa mezcla pasará  totalmente a fase gaseosa dentro del evaporador, absorbiendo el calor del medio que está siendo enfriado.

A mayor o menor flujo de refrigerante a través del dispositivo, se podrá absorber más o menos calor del medio a enfriar.
 
Dado que el dispositivo de expansión regula la cantidad de refrigerante  hacia el evaporador, su selección es de particular importancia para la correcta operación del sistema de refrigeración.  Una mala selección,  con un dimensionado incorrecto, o un funcionamiento deficiente del dispositivo una vez instalado,  puede causar graves consecuencias  en la eficiencia energética del sistema.  Una buena selección del dispositivo considera que  su capacidad nominal  coincide o es ligeramente superior  a la carga térmica frigorífica  que tiene que vencer el sistema.  Si se comete el error de sub dimensionar el dispositivo,  durante su operación llegará menos refrigerante   al evaporador causando una reducción en la capacidad de enfriamiento del sistema.  Por el contrario, un dispositivo sobredimensionado,  permitirá que se inyecte  al evaporador más refrigerante que el requerido, que no todo el líquido se evapore dentro del intercambiador y llegue líquido al retorno del compresor, lo que es dañino para este componente y puede averiarlo.

Estamos en presencia de un componente muy sensible y de gran impacto en la eficiencia del conjunto  del sistema de refrigeración  por la tarea que realiza. Coincide  que el comportamiento eficiente de  la válvula de expansión tiene un peso importante en la eficiencia energética del sistema, por lo que es  de suma importancia para conseguir  ahorros  de energía en  una instalación de refrigeración.

Si quiere saber más sobre el Sistema de Refrigeración y su comportamiento  le sugerimos visite el conjunto informativo: “Sistema de Refrigeración. Fundamento y aplicaciones prácticas de cada procesador. Balances energéticos”

Repasaremos el término  recalentamiento del refrigerante, recordando que es la diferencia  entre la temperatura real del vapor refrigerante  en un punto y su temperatura de saturación, obtenida midiendo la presión manométrica.   Para calcular el recalentamiento en el sistema de refrigeración se determina la diferencia entre  el valor de la temperatura a la salida del evaporador (1),  donde generalmente se sujeta el bulbo sensor, y el valor  de  la temperatura correspondiente  a  la presión manométrica del refrigerante dentro del evaporador (2). Para estas mediciones  se utiliza un termómetro digital  con una sonda superficial, que se pone en contacto con la tubería  cercano al  bulbo sensor y se toman varias temperaturas, calculando la media más probable (1).

Conocida la presión de succión, que puede ser leída en la toma del compresor,  y por supuesto  el tipo de refrigerante que circula, se calcularán las pérdidas en la línea de succión hasta el evaporador y se restarán del valor anterior. Así obtenemos la presión manométrica dentro del evaporador.  Empleando una Tabla  de propiedades para el Refrigerante se puede determinar la temperatura de saturación (2)  correspondiente a la presión manométrica dentro del evaporador antes calculada. La diferencia entre ambas temperaturas reportará el recalentamiento de operación del dispositivo de expansión. 

O  si se encuentra conectado a Internet,  mediante el Calculador_Energético   publicado gratuitamente en nuestra web“Ingeniería Energética General”  en Libre Acceso, al cual se puede acceder activando el vínculo  “Propiedades de los refrigerantes.  Recalentamiento – Subenfriamiento”   En este calculador podrá obtener el recalentamiento directamente.

Revisar el recalentamiento es el primer paso para un análisis simple del funcionamiento de la válvula de expansión. Otras observaciones, algunas populares, pueden conducir a una falsa conclusión. Tener presente siempre que si no se está alimentando correctamente al evaporador en relación con la carga frigorífica, el recalentamiento será alto. O si se está operando con sobre capacidad el sistema frigorífico, la válvula no podrá mantener el recalentamiento de diseño.  

Muchas veces las causas de un descontrol en el recalentamiento no radican en la válvula de expansión, se encuentra en alguna otra parte del sistema. Hay diferentes causas que pueden ocasionar un mal funcionamiento de la válvula. Si quiere saber más sobre las Válvulas de Expansión en el sistema frigorífico, consulte nuestro artículo online “Válvula de Expansión Termostática".

Nunca será suficiente continuar recalcando  que todo lo que haga ineficiente al sistema de refrigeración, generalmente  provoca un sobre consumo eléctrico y de manera inducida,  daña  el medio ambiente al emitirse  mayor cantidad de gas carbónico  durante la generación eléctrica.  Las válvulas de expansión juegan un importante papel en el funcionamiento eficiente del sistema de refrigeración y el su gasto eléctrico o energético. Conocerlas y saberlas hacer funcionar bien  puede aportar grandes beneficios para todos.

¿Ha tenido alguna experiencia que pueda aportar más información a este tema? si es así, participe y deje su comentario.


Gracias,

RenéRD
Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com

Grados API y gravedad específica de los hidrocarburos - combustibles líquidos

Las transacciones comerciales y las operaciones tecnológicas del crudo (energía primaria) y de sus derivados líquidos (energía procesada o secundaria) se realizan intercambiando volúmenes ya que su estado físico es líquido.  Estas transacciones son netamente energéticas, se compra, se vende o se procesa energía,  por lo que se hace necesario conocer qué cantidad de energía se corresponde con cada unidad de volumen. 

Una propiedad física de los hidrocarburos líquidos es que molecularmente se expanden o contraen significativamente con la temperatura a la que están sometidos, por lo que su densidad variará, haciéndose menor cuándo aumenta la temperatura y mayor cuando disminuye.

La energía es una variable extensiva, depende de la cantidad de masa, por lo que estamos obligados a conocer primero la cantidad de masa que está contenida en la unidad de volumen. Es la densidad del combustible la que nos informa sobre la cantidad de masa por unidad de volumen que tiene una sustancia.  La  gravedad específica  es  la relación que existe entre la densidad del líquido respecto a la densidad del agua a la temperatura de referencia de 60ºF ó 15,6 ºC.

Se hace necesario disponer de medios de medición precisos y estandarizados de la densidad para poder determinar la masa correspondiente en cada unidad de volumen y con ello, la cantidad total de energía que se comercializa.

Por desconocer el comportamiento físico de  los combustibles líquidos ante los cambios de temperaturas  ni aplicar correctamente el procedimiento estadarizado a seguir,  se cometen errores en las transaciones comerciales y en los procesos tecnológicos que son costosisimos,  al reportarse cantidades de energía que no se corresponden con los volúmenes trasegados y que en generalmente distorsionan los indicadores de comportamiento económico y de eficiencia energética. De ahí la importancia de saber como actúar ante estas operaciones.

Para facilitar estos cálculos  y las operaciones con volúmenes de combustibles líquidos  se han diseñado  los   Calculadores  Energéticos “Calculador de los grados API y la gravedad específica de los combustibles líquidos”  y “Corrección por temperatura del volumen de los combustibles líquidos”  los que pueden  visitarse  en nuestra web, siguiendo los vínculos anteriores. Estos Calculadores parten de la base de la información estandarizada y empleada interrnacionalmente.  Las tareas que realizan  son:

-Determinar la gravedad específica conocido los grados API ( y vis.)  así cómo los parámetros que relacionan el peso y el volumen en   diferentes unidades técnicas.

-Considerar el caso en que solo se conozca la gravedad específica del combustible líquido y se necesite determinar sus grados API.

- Realizar la corrección del volumen del combustible líquido cuando su temperatura difiere de 60 ºF tomada como referencia

Ambos calculadores reportarán  como información de salida, las relaciones peso - volumen y sus inversos del combustible líquido (indicadores) en las unidades más utilizadas en la economía global.

¿Ha tenido alguna experiencia que pueda aportar más información a este tema? si es así, participe y deje su comentario.


Gracias,

RenéRD
Ingeniería Energética General
info@energianow.com
www.energianow.com