OBJETIVO

Determinar la concentración óptima de oxígeno en los gases de combustión, y recomendarla como un parámetro de monitoreo en la operación, que a su vez asegure una combustión eficiente.

Aire de combustión y exceso de aire.

Es bien sabido que el aire que se usa en las reacciones de combustión es el atmosférico.

Debido a que ni el nitrógeno (N₂) ni los gases inertes del aire reaccionan durante la combustión, estos se le suelen agrupar y se considera que el aire solo está formado por 21 por ciento de oxígeno (O₂) y 79 por ciento de nitrógeno (N₂); es por eso que, mantener un flujo de aire adecuado durante la combustión es fundamental para asegurar una completa combustión. En un proceso real, este volumen ideal de oxígeno no es suficiente para un quemado completo ya que hay una mezcla insuficiente de combustible y oxígeno. Por tanto, en un proceso de combustión se le debe suministrar más volumen de oxígeno para lograr un buen rendimiento. Esta cantidad adicional de aire de combustión se conoce como valor de exceso de aire. El más alto rendimiento del combustible se consigue con un exceso (limitado) de volumen de oxígeno. El exceso de aire es de gran importancia para un proceso de combustión, elevados volúmenes de exceso de aire reducen las temperaturas de combustión y aumentan la pérdida de energía liberada a la atmósfera en los gases aún calientes. Por otro lado, con un reducido exceso de aire algunos componentes del combustible no reaccionan ni se queman completamente, esto significa una disminución en el rendimiento de combustión y a su vez, un aumento de la contaminación al emitir inquemados gaseosos a la atmósfera, tales como el monóxido de carbono (CO).

 Una vez teniendo conocimiento sobre el tema, Enfatizaremos un poco más sobre la importancia de la medición de oxigeno en un proceso de combustión industrial, tal como lo puede ser una caldera.

¿POR QUE MEDIR LOS GASES DE COMBUSTIÓN EN UNA CALDERA?

R: La medición de O₂ y Combustibles puede aumentar la eficiencia y reducir las emisiones.

Como bien se indica en la respuesta esto contribuye en gran manera para el ahorro de combustibles, dependiendo de cada proceso de combustión se puede perder en la chimenea entre el 20% y 50% del combustible que, hablando en términos generales se resume en perdida de capital.

¿QUÉ PASA SI SE PRODUCE UNA COMBUSTIÓN INCOMPLETA?

Si en un equipo de combustión no se suministra la cantidad correcta de aire, la combustión es incompleta; se produce monóxido de carbono, (gas perjudicial para la salud) que, en altas concentraciones, disminuye la eficiencia energética e incluso puede ser causa de muerte.

¿CUÁLES SON LOS EFECTOS CONTAMINANTES DE LA COMBUSTIÓN?

La combustión produce gases y partículas físicas, conocidas como contaminantes primarios, que son el Dióxido de Carbono (CO₂), Monóxido de Carbono (CO), Óxido Nítrico (NOx), Óxido de Azufre (Sox), Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs) y partículas. Estos contaminantes pueden causar problemas ambientales como la lluvia ácida, el efecto invernadero, entre otros.

Entonces ya explicado acerca de la importancia de medir los gases de combustión, resumimos que ésta consiste en una reacción química de oxidación en la que diversos elementos combustibles, principalmente carbono (C) e hidrógeno (H₂) se combinan con el oxígeno (O₂). Dicha reacción se lleva a cabo con un desprendimiento de energía en forma de calor y luz. La combustión también se entiende como la conversión de energía química a calor, a través de un proceso de oxidación de combustibles. Por tanto, la combustión es el término técnico para la reacción química del oxígeno con los componentes de los combustibles, incluyendo la emisión de energía.

Entonces ya explicado acerca de la importancia de medir los gases de combustión, resumimos que ésta consiste en una reacción química de oxidación en la que diversos elementos combustibles, principalmente carbono (C) e hidrógeno (H₂) se combinan con el oxígeno (O₂). Dicha reacción se lleva a cabo con un desprendimiento de energía en forma de calor y luz. La combustión también se entiende como la conversión de energía química a calor, a través de un proceso de oxidación de combustibles. Por tanto, la combustión es el término técnico para la reacción química del oxígeno con los componentes de los combustibles, incluyendo la emisión de energía.



Para conocer y poder medir los valores de los gases de combustión, existen diversos métodos, siendo de los más eficientes los analizadores y sondas de Óxido de Zirconio

 Es un sensor que nos permite poder conocer con exactitud la concentración de oxígeno. Como bien se menciona se utiliza para comprobar la calidad de una combustión, así cuando la combustión es óptima, la cantidad de O₂ en los gases de combustión 0%, en este caso conocido como factor.

A continuación, se muestra el analizador ZFK8 de la marca Fuji Electric, marca con la que actualmente contamos con su representación en México.

Estos analizadores son Ideales para control de combustión en calderas, incineradores y hornos.

Reduciendo las emisiones de CO₂, SOx y NOx mientras ahorra energía.

Características del equipo:

■ Sensor de mayor vida útil

■ Elemento de Zirconio, fácilmente reemplazable que reduce los costos de mantenimiento

■ Fácil de usar

■ No se requiere aire de instrumentación

■ No se requiere extracción de gases de combustión

■ Respuesta rápida (4 a 7 segundos)

■ Diagnósticos predictivos y avanzados

■ Caja IP66 o IP67

■ Comunicación RS-485 o HART

Conclusiones:

El conocimiento de las tendencias y el comportamiento del fenómeno de combustión ha permitido establecer consideraciones energéticas y ambientales acerca del proceso de combustión.

Se ha determinado la influencia negativa del exceso de aire en la máxima temperatura de los productos, el efecto positivo que tiene el precalentamiento de aire en dicha temperatura.

Una mayor temperatura de los productos inmediatamente a la salida del quemador, será un indicativo de una mayor eficiencia de este equipo.

El exceso de aire y la temperatura de los productos en un proceso térmico basado en la combustión del gas natural, son los factores más determinantes en los aspectos ambientales y energéticos del proceso. Las predicciones teóricas de la combustión del metano (principal constituyente del gas natural) nos permiten la posterior comprobación en la experimentación, con el objetivo de desarrollar estrategias en los quemadores industriales que optimice la energía en uso y minimicen la generación de contaminantes.