Quemadores de gas atmosfericos

Sistemas de producción de Calor
Tema “Quemadores de gas atmosféricos”
1. TIPOS DE QUEMADORES ATMOSFERICOS PARA GASES.
Los quemadores para combustibles gaseosos suelen ser mas sencillos que los de
combustibles líquidos debido fundamentalmente a que el combustible y el comburente están
en fase gaseosa (no es necesario vaporizar el combustible), su mezcla es mas fácil y por ello
la combustión se ve favorecida. Por otro lado no necesitan una bomba que lleve el
combustible hasta el chicler ya que el gas llega a la instalación con una presión determinada
y esta es suficiente para el funcionamiento del quemador.
Fundamentalmente existen tres tipos de quemadores:
• Atmosféricos
• Mecánicos
• De premezcla
2. QUEMADORES ATMOSFÉRICOS:
Se denomina quemador atmosférico ya que el aire que se introduce en el quemador lo
hace a la presión atmosférica.
.
El diseño de estos quemadores es especial de forma que sin necesidad de introducir
el aire a presión mediante un ventilador, se consigue una combustión muy limpia y con
elevado rendimiento.
Son los mas utilizados en las calderas murales y también en algunas calderas de pie
de menor potencia.
2.1. ESTRUCTURA DEL QUEMADOR ATMOSFÉRICO:
Los elementos más importantes que forman parte de estos quemadores son:
• Colector de gas
• Inyectores
• Becks
El colector: es un elemento tubular que recibe el combustible procedente de la
válvula de gas cuando hay demanda de calor. Posee una serie de orificios destinados a
albergar los inyectores. Debe tener un diseño adecuado para que la presión de gas sea
uniforme en su interior de forma que permita que por todos los inyectores salga el mismo
caudal.
El colector suele llevar una toma para manómetro de columna de agua de forma que
se pueda comprobar la presión a la que se encuentra el gas en su interior.
Carlos Alberto Arriola Ruiz
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Colector
Inyectores
Toma de
presión
Entrada del
gas
Fig. 1
Los inyectores: también denominados boquillas o chiclés, son los responsables de
introducir el gas en el cuerpo del quemador con el caudal y la presión adecuadas para su
correcto funcionamiento. Es una pieza muy importante ya que es la que proporciona la
potencia al quemador (caudal de gas).
Fig. 2
Las dos características mas importantes de un inyector son el diámetro del orificio y
su geometría. La selección del inyector debe hacerse de acuerdo al gas que se utilice en la
instalación y a la potencia que debe suministrar.
El caudal de gas que sale a través de él está relacionado con el diámetro y con la
presión del gas en el colector. Cualquier modificación del diámetro cambia el caudal
entregado (la potencia) y las condiciones en las que se produce la combustión.
Beck o trompetillas:
Los quemadores atmosféricos de gas se dividen en múltiples unidades que llamamos
becks o trompetillas, que unidas forman la parrilla. La razón para dividir el quemador en
subunidades es que este, para funcionar, requiere la formación de diversas llamas de
pequeño tamaño y esto sucede en las ranuras que poseen en la parte superior cada uno de los
becks.
En la siguiente figura podemos ver las partes que conforman un Beck:
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Corona - parrilla
Trompetilla
Cono de
admisión
Venturi
Fig. 3
En un quemador mecánico de gasoleo se forma una única llama de gran tamaño, pero
trabajar de esta forma en una caldera mural es muy complicado fundamentalmente por dos
razones:
1. Necesitaríamos hogares de combustión de tamaño considerable con lo que
implicaría una caldera menos compacta.
2. Para formar este tipo de llama se necesita una presión de aire que sólo nos
puede proporcionar un ventilador y no el sistema de premezcla.
Colector
Inyector
Beck
Parrilla
Fig. 4 Vista en planta del quemador
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Fig. 5
Su forma no es caprichosa, está especialmente diseñado para favorecer la mezcla de
una cantidad inicial de aire con el gas que se inyecta al beck haciendo posible la combustión
limpia y la obtención de una llama azul, el proceso de funcionamiento se explicará con
detenimiento en el siguiente punto.
2.1.1. Funcionamiento del quemador Atmosférico
Como ya sabemos, un quemador atmosférico es aquel en el que aire necesario para la
combustión se introduce a la presión atmosférica. Sin embargo se ha demostrado que el
proceso de combustión se ve favorecido a medida que aumenta la presión con la que se
alimenta el combustible y el aire en al quemador.
En lo que se refiere al combustible, esta presión depende del tipo de gas que se
utilice, si es propano su presión es de 37 mbar, si es butano 28 mbar y si se utiliza gas
natural 20 mbar.
En cuanto al aire, si se quiere introducir a presión sería necesario la utilización de un
ventilador lo que implicaría una mayor necesidad de espacio y encarecer el producto.
Para optimizar la combustión sin necesidad de utilizar un ventilador, estos
quemadores se diseñan de la forma que vimos en el punto anterior. Este diseño intenta
simular la sobrepresión, y se le denomina sistema de premezcla aire – combustible.
Se basa en introducir en el cuerpo del quemador el gas junto con una parte del aire
total que necesita para combustionar (premezcla). Esta parte que se introduce junto con el
combustible se denomina aire primario. El gas y el aire primario se mezclan en el cuerpo del
quemador y salen al exterior por la corona, donde se capta el resto del aire que se necesita
para la combustión (aire secundario).
La premezcla se consigue gracias al efecto venturi que tiene lugar en el quemador.
Este se puede explicar mediante la ecuación de Bernouilli, que relaciona la velocidad con la
presión estática y del que se deduce que a medida que aumenta la velocidad del fluido la
presión estática disminuye.
El funcionamiento es como se explica a continuación:
Carlos Alberto Arriola Ruiz
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Aire 2º
Aire 1º
Aire 2º
Aire 2º
Aire 2º
Sección A
Inyector
Gas
Aire 1º
Venturi
Fig. 6
El gas sale por el inyector con una velocidad determinada y se introduce por las
sección A del cono de admisión del quemador. La velocidad que lleva el fluido hace que se
produzca una disminución de la presión estática (un pequeño vacío) y dado que el aire que
rodea la zona esta a presión atmosférica se va a ver obligado a pasar por el cono de admisión
del quemador. Este fenómeno se ve incrementado por la forma del quemador ya existe una
disminución de sección (venturi) que hace que aumente la velocidad del fluido admitido y
con ello disminuye aun mas la presión estática intensificando la admisión de aire por la
sección A del cono de admisión.
La cantidad de aire primario que se introduce con el gas debe ser el adecuado para
que la combustión sea correcta y no se produzcan problemas como el desprendimiento o
retorno de llama. El diseño del quemador e inyector es fundamental para conseguir la
premezcla adecuada.
La cantidad de aire de premezcla se suele expresar en porcentaje sobre el total del
aire necesario para la combustión. Los quemadores, del aire total necesario para la
combustión, suelen introducir porcentajes entre 50 – 70% en forma de aire primario y es
resto lo toman como secundario.
Una vez que el aire primario y el gas pasan el venturi deben mezclarse íntimamente,
esto se produce gracias al diseño de la trompetilla, que también facilita que esta mezcla se
reparta de forma adecuada por cada ranura de la corona, formándose así las llamas de
pequeño tamaño.
Los quemadores de premezcla permiten obtener:
• Una llama de color azul y pequeño tamaño, haciendo posible cámaras de
combustión mas pequeñas y calderas mas compactas.
• Temperatura de gases de combustión muy alta lo que permite un elevado
rendimiento
• combustión muy limpia: con baja producción de hollín (inquemados) y casi
nula formación de monóxido de carbono.
Carlos Alberto Arriola Ruiz
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2.1.2. Encendido del quemador:
Como ya hemos visto el quemador esta formado por subunidades denominadas becks
o trompetillas. En la corona de cada uno de estos elementos se forman varias llamas de
pequeño tamaño y todas juntas forman la llama total. El encendido adecuado del quemador
requiere que todas estas llamas de pequeño tamaño se formen y que no se produzca salida y
acumulaciones de gas sin quemar, que pudieran producir una deflagración.
Para encender la mezcla se utiliza una fuente de energía que permite superar el punto
de ignición. En calderas los sistemas mas utilizados son la llama piloto y el tren de chispas.
Estos elementos de encendido se sitúan generalmente en la zona central del quemador y por
lo tanto en primer lugar se encenderá el beck situado en esa posición. Encendido el beck
central, sus llamas entran el contacto con el gas de los becks que estan a su lado de forma
que estos se encenderán también; estos a su vez encenderán a los contiguos y asi
sucesivamente. Este tipo de encendido se denomina por simpatía. En el esquema se puede
apreciar gráficamente este proceso:
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Fig. 7
Obviamente es preciso que el tiempo que transcurre entre el encendido del beck
central y los últimos debe ser el mas corto posible. Si el encendido completo no se produce
en unos cuatro segundos el sistema de seguridad de la caldera suele bloquear el paso de gas
al quemador para evitar acumulación del mismo y posibles riesgos de deflagración.
Carlos Alberto Arriola Ruiz
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