diseño quemadores - combustion integral

DISEÑO QUEMADORES
Determinación potencia necesaria
z
z
z
z
z
z
z
z
Cálculo ventilador
Cálculo tren de gas
Cálculo bomba petróleo
Velocidades de difusión
Cálculo perforaciones plato difusor
Cálculo boquillas de petróleo
Cálculo potencia motor ventilador y bomba
Materiales de fabricación
Determinación potencia necesaria
z Potencia
quemador caldera vapor
z Cálculo por producción de vapor
Datos entrada:
z Producción de vapor en Kg.../h (Pv)
z Tº ingreso de agua en ºC (Ti)
z Eficiencia caldera en % (E)
z
z
P = (Pv * (640 – Ti))/E) Kcal./h
Cálculo por superficie de calefacción
z
Datos de entrada: (Se asume Gas o FO2 como combustible)
Superficie de calefacción en m2 (Sc)
Tasa de vaporización en Kg.../h*m2 (Tv)
Temperatura ingreso de agua en ºC (Ti)
Eficiencia de la caldera en % (E)
z
P = ((Sc * Tv * (640 – Ti))/ E
z
z
z
z
Tv= 38 a 40 para calderas de 3 pasos
z Tv= 25 a 35 para calderas de 2 pasos
z Tv= 45 a 65 para calderas llama retorno
z
Determinación potencia necesaria
z Potencia
quemador caldera agua
caliente
z
Datos entrada:
Caudal de agua circulante en Kg./h (Q)
Delta temperatura de agua en ºC (Tf - Ti)
Calor específico agua en Kcal./Kg. (Cpa)
Eficiencia caldera en % (E)
z
P = (Q * Cpa * (Tf – Ti))/E) Kcal./h
z
z
z
z
Determinación potencia necesaria
z Potencia
quemador para secado con
aire
z
z
z
z
z
z
z
z
z
Datos entrada:
Peso de la sustancia a secar en Kg. (Ps)
Calor específico de la sustancia a secar en Kcal./Kg. (Cps)
Peso del agua a evaporar en Kg. (Pa)
Calor específico del agua en Kcal./Kg.. (Cpa)
Temperatura de secado en ºC (Ts)
Temperatura ambiente en ºC (Ta)
Humedad relativa del aire ambiente en % (Hr)
Eficiencia caldera en % (E)
Procedimiento básico de cálculo
z Ingresar
a la carta psicrométrica con Ta
y Hr
z Leer a la derecha la humedad especifica
inicial
z Leer a la izquierda en forma diagonal la
entalpía inicial
z Moverse del primer punto a la derecha
hasta la Ts
z Darse una nueva Hr y en la diagonal
leer la nueva entalpía
Datos de la carta Psicrométrica
z
z
z
z
z
z
z
Datos de la carta Psicrométrica:
Humedad especifica 1 en Kg.H2O/Kgas (w1)
Humedad especifica 2 en Kg.H2O/Kgas (w2)
Entalpía en el punto 1 en Kcal./Kg.. (h1)
Entalpía en el punto 2 en Kcal./Kg.. (h2)
Humedad relativa en el punto 2 en % (Hr2)
LA IDEA DEL CALCULO ES HACER UN BALANCE DE ENERGÍA
ENTRE LOS CALORES NECESARIOS PARA CALENTAR LA
SUSTANCIA A SECAR, CALENTAR EL AGUA CONTENIDA EN LA
SUSTANCIA, VAPORIZAR EL AGUA CONTENIDA EN LA SUSTANCIA,
CALENTAR LA ESTRUCTURA DEL SECADOR Y LA ENERGIA
NECESARIA PARA CALENTAR EL AIRE QUE ES EL FLUIDO
CALOTRANSPORTADOR.
Carta Psicrométrica
Balance de Energía
z Qs
+ Qa + Qvap + Qsec = Qaire
z Qs + Qa + Qvap + Qsec = h2 – h1
z
z
z
z
z
z
z
Qs= Ps * Cps * (T2-T1) Kcal.......
Qa= Pa * Cpa * (T2-T1) Kcal.......
Qvap= Pa * 640 Kcal.......
Qsec= (Qs + Qa + Qvap)/2 Kcal.......
P = (Qs + Qa + Qvap + Qsec) / Tiempo secado
P = Kg.. aire (h2-h1)
Kg.. aire = P / (h2-h1)
Potencia quemador para
tratamiento térmico
z
z
z
z
z
z
z
z
Datos entrada:
Peso de la sustancia a calentar en Kg. (Ps)
Calor especifico de la sustancia a calentar en
Kcal.../Kg. (Cps)
Temperatura inicial en ºC (Ti)
Temperatura de tratamiento en ºC (Tf)
Tiempo en calentar la sustancia en horas (Tiempo)
Eficiencia horno de tratamiento en % (E)
P = Ps * Cps * (Tf – Ti) / (Tiempo * E)
Cálculo ventilador de combustión
z Cálculo
consumo de combustible
Datos entrada:
z Potencia quemador en Kcal.../h (P)
z Poder calorífico del combustible en Kcal.../Kg. (PCI)
z
z
Cc = P / PCI Kg./h
z
TENIENDO LOS KILOS DE COMBUSTIBLE, SE PUEDE
CONOCER EL AIRE NECESARIO A TRAVES DE UN BALANCE
QUIMICO.
Cálculo ventilador de combustión
z Ecuación
química de la combustión
Combustible + Aire = CO2 + H2O + N2 + O2
CxHy + O2 + N2 = CO2 + H2O + N2 + O2
CxHy + (21)O2 + (79)N2 = CO2 + H2O + O2
CxHy + (21/21)O2 + (79/21)N2 = CO2 + H2O + O2
CxHy + O2 + 3,76N2 = CO2 + H2O + O2
Ejemplo de una ecuación del butano con 25% exc. aire:
z
z
z
z
z
z
1
C
4
H
10
+ 1,3
6,5
COMBUSTIBLE
O
2
+ 1,3 3,8 6,5
N
2
4 C O
2
+
5 H
AIRE
2
0
+ 1,3 3,8 6,5
N
2
+ 1,6
O
PRODUCTOS
Moles
1
8,125
30,55
4
5
30,55
1,63
Peso
58
260
861,5
176
90
861,5
52
Div x CH
1
4,48
14,85
3,03
1,55
14,85
0,9
2
Relación aire-combustible en Kg./Kg.
z
TABLA REFERENCIAL
Combustible
5%
10%
15%
20%
25%
GN
18,12
18,98
19,84
20,7
21,57
Propano
16,47
17,25
18,04
18,82
19,61
Butano
16,24
17,02
17,79
18,56
19,34
Diesel
15,89
16,65
17,41
18,16
18,92
Ejemplo de calculo de aire
z Para
un quemador de 4000 Mcal./h en
z Propano y diesel.
z
z
z
z
z
z
Cc (p)= 4.000.000/11.800 = 339 Kg./h de propano
Cc (d)= 4.000.000/10.200 = 392 Kg./h de diesel
Aire necesario para el propano con 5% de exceso de aire:
Aire = 16,47 * 339 = 5.583 Kg./h = 5.583/1,29 = 4.328 m3/h.
Aire necesario para el diesel con 20% de exceso de aire:
Aire = 18,16 * 392 = 7.119 Kg./h = 7.119/1,29 = 5.518 m3/h.
Cálculo aproximado potencia
motor ventilador
POTENCIA VENTILADOR =
Q x P x 0,00001486 (HP)
DONDE: Q= Caudal de aire en m3/h
P= Presión ventilador en mm.c.a.
Cálculo tren de gas (GLP)
Presión en mbar
Potencia
30
50
75
100
100
3/4"
3/4"
3/4"
3/4"
250
1"
1"
1"
1"
500
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
750
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1000
2"
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1250
2"
2"
2"
1 1/2"
1500
2"
2"
2"
2"
1750
2"
2"
2"
2"
2000
2"
2"
2"
2"
2500
2 1/2"
2 1/2"
2"
2"
3000
2 1/2"
2 1/2"
2 1/2"
2"
3500
2 1/2"
2 1/2"
2 1/2"
2 1/2"
4000
3"
2 1/2"
2 1/2"
2 1/2"
4500
3"
3"
2 1/2"
2 1/2"
5000
3"
3"
3"
3"
Cálculo tren de gas (GN)
Presión en mbar
Potencia
50
100
150
200
100
1"
3/4"
3/4"
3/4"
250
1 1/2"
1"
1"
1"
500
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
750
2"
1 1/2"
1 1/2"
1 1/2"
1000
2"
2"
1 1/2"
1 1/2"
1500
2 1/2"
2"
2"
2"
2000
2 1/2"
2"
2"
2"
2500
2 1/2"
2 1/2"
2"
2"
3000
3"
2 1/2"
2 1/2"
2"
3500
3"
2 1/2"
2 1/2"
2"
4000
3"
3"
2 1/2"
2 1/2"
4500
3"
3"
2 1/2"
2 1/2"
5000
3 1/2"
3"
3"
2 1/2"
Cálculo bomba de petróleo
z Datos
de entrada
Potencia quemador en Kcal./h (P)
z Poder calorífico petróleo en Kcal./Kg. (PCI)
z Densidad del petróleo en Kg./lts. (d)
z Presión de inyección en PSI (p)
z
z
Cálculo caudal Qb bomba (lts./h)
Qb= P / (PCI/d) lts./h
z Se asume PCI=10.200 Kcal./Kg. y d=0,86 Kg./lts.
z
Cálculo boquilla petróleo (GPH)
z GPH=
Qb/3,785
z Cálculo potencia motor bomba (Pm)
z Pm = (GPH * p) / (71.988) (Hp)
z Se asume p= 150 PSI
Perforaciones en Butano
Diametro perf. Nº Perforaciones
1,5
4
1,5
8
1,5
16
1,5
20
1,5
30
2
4
2
8
2
16
2
20
2
30
3
4
3
8
3
16
3
20
3
30
5
4
5
8
5
16
5
20
5
30
6
4
6
8
6
16
6
20
6
30
8
4
8
8
8
16
8
20
8
30
Presión de gas Butano en Mbar
20
30
40
11,8
14,4
16,6
23,5
28,8
33,3
47,0
57,6
66,5
58,8
72,0
83,2
88,2
108,0
124,8
20,9
25,6
29,6
41,8
51,2
59,1
83,6
102,4
118,3
104,5
128,0
147,9
156,8
192,1
221,8
47,0
57,6
66,5
94,1
115,2
133,1
188,2
230,5
266,1
235,2
288,1
332,7
352,8
432,1
499,0
130,7
160,1
184,8
261,4
320,1
369,6
522,7
640,2
739,3
653,4
800,3
924,1
980,1
1200,4
1386,1
188,2
230,5
266,1
376,4
461,0
532,3
752,7
921,9
1064,5
940,9
1152,4
1330,7
1411,4
1728,6
1996,0
334,6
409,7
473,1
669,1
819,5
946,3
1338,2
1639,0
1892,5
1672,8
2048,7
2365,6
2509,1
3073,0
3548,4
50
18,6
37,2
74,4
93,0
139,5
33,1
66,1
132,2
165,3
248,0
74,4
148,8
297,5
371,9
557,9
206,6
413,3
826,5
1033,1
1549,7
297,5
595,1
1190,2
1487,7
2231,6
529,0
1057,9
2115,9
2644,9
3967,3
60
20,4
40,7
81,5
101,9
152,8
36,2
72,4
144,9
181,1
271,6
81,5
163,0
325,9
407,4
611,1
226,4
452,7
905,4
1131,8
1697,6
325,9
651,9
1303,8
1629,7
2444,6
579,5
1158,9
2317,8
2897,3
4345,9
70
22,0
44,0
88,0
110,0
165,0
39,1
78,2
156,5
195,6
293,4
88,0
176,0
352,1
440,1
660,1
244,5
489,0
977,9
1222,4
1833,7
352,1
704,1
1408,2
1760,3
2640,5
625,9
1251,8
2503,5
3129,4
4694,2
80
23,5
47,0
94,1
117,6
176,4
41,8
83,6
167,3
209,1
313,6
94,1
188,2
376,4
470,5
705,7
261,4
522,7
1045,5
1306,8
1960,3
376,4
752,7
1505,5
1881,8
2822,8
669,1
1338,2
2676,4
3345,5
5018,3
100
26,3
52,6
105,2
131,5
197,2
46,8
93,5
187,0
233,8
350,7
105,2
210,4
420,8
526,0
789,0
292,2
584,4
1168,9
1461,1
2191,6
420,8
841,6
1683,2
2104,0
3156,0
748,1
1496,2
2992,3
3740,4
5610,6
120
28,8
57,6
115,2
144,0
216,1
51,2
102,4
204,9
256,1
384,1
115,2
230,5
461,0
576,2
864,3
320,1
640,2
1280,4
1600,5
2400,8
461,0
921,9
1843,8
2304,8
3457,2
819,5
1639,0
3277,9
4097,4
6146,1
150
32,2
64,4
128,8
161,1
241,6
57,3
114,5
229,1
286,3
429,5
128,8
257,7
515,4
644,2
966,3
357,9
715,8
1431,6
1789,5
2684,2
515,4
1030,7
2061,5
2576,8
3865,2
916,2
1832,4
3664,8
4581,0
6871,5
180
35,3
70,6
141,1
176,4
264,6
62,7
125,5
250,9
313,6
470,5
141,1
282,3
564,6
705,7
1058,5
392,1
784,1
1568,2
1960,3
2940,4
564,6
1129,1
2258,2
2822,8
4234,2
1003,7
2007,3
4014,6
5018,3
7527,4
200
37,2
74,4
148,8
186,0
278,9
66,1
132,2
264,5
330,6
495,9
148,8
297,5
595,1
743,9
1115,8
413,3
826,5
1653,0
2066,3
3099,4
595,1
1190,2
2380,4
2975,5
4463,2
1057,9
2115,9
4231,8
5289,7
7934,6
Perforaciones en Propano
Diametro perf. Nº Perforaciones
1,5
4
1,5
8
1,5
16
1,5
20
1,5
30
2
4
2
8
2
16
2
20
2
30
3
4
3
8
3
16
3
20
3
30
5
4
5
8
5
16
5
20
5
30
6
4
6
8
6
16
6
20
6
30
8
4
8
8
8
16
8
20
8
30
Presión de gas Propano en Mbar
20
30
40
10,6
13,0
15,0
21,2
26,0
30,0
42,4
51,9
60,0
53,0
64,9
75,0
79,5
97,4
112,4
18,8
23,1
26,7
37,7
46,2
53,3
75,4
92,3
106,6
94,2
115,4
133,3
141,3
173,1
199,9
42,4
51,9
60,0
84,8
103,9
119,9
169,6
207,7
239,9
212,0
259,7
299,8
318,0
389,5
449,7
117,8
144,3
166,6
235,6
288,5
333,1
471,1
577,0
666,3
588,9
721,3
832,8
883,4
1081,9
1249,3
169,6
207,7
239,9
339,2
415,4
479,7
678,4
830,9
959,4
848,0
1038,6
1199,3
1272,0
1557,9
1798,9
301,5
369,3
426,4
603,0
738,6
852,8
1206,1
1477,2
1705,7
1507,6
1846,4
2132,1
2261,4
2769,7
3198,1
50
16,8
33,5
67,0
83,8
125,7
29,8
59,6
119,2
149,0
223,5
67,0
134,1
268,2
335,2
502,8
186,2
372,5
744,9
931,2
1396,7
268,2
536,3
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2011,3
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60
18,4
36,7
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137,7
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65,3
130,6
163,2
244,8
73,4
146,9
293,8
367,2
550,8
204,0
408,0
816,0
1020,0
1530,0
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70
19,8
39,7
79,3
99,2
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35,3
70,5
141,0
176,3
264,4
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220,4
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317,3
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1586,5
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80
21,2
42,4
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106,0
159,0
37,7
75,4
150,8
188,5
282,7
84,8
169,6
339,2
424,0
636,0
235,6
471,1
942,3
1177,8
1766,7
339,2
678,4
1356,9
1696,1
2544,1
603,0
1206,1
2412,2
3015,2
4522,8
100
23,7
47,4
94,8
118,5
177,8
42,1
84,3
168,6
210,7
316,0
94,8
189,6
379,3
474,1
711,1
263,4
526,7
1053,5
1316,8
1975,3
379,3
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1517,0
1896,3
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674,2
1348,4
2696,9
3371,1
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120
26,0
51,9
103,9
129,8
194,7
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184,6
230,8
346,2
103,9
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577,0
1154,0
1442,5
2163,8
415,4
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2077,2
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150
29,0
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2322,4
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180
31,8
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159,0
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2650,1
508,8
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2035,3
2544,1
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134,1
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251,4
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447,0
134,1
268,2
536,3
670,4
1005,6
372,5
744,9
1489,8
1862,3
2793,5
536,3
1072,7
2145,4
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953,5
1907,0
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Perforaciones en Gas Natural
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1,5
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1,5
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1,5
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4
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16
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16
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5
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16
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30
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8
8
16
8
20
8
30
Presión de gas Natural en Mbar
20
30
40
6,8
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13,6
16,6
19,2
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33,2
38,3
33,9
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47,9
50,8
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71,9
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14,8
17,0
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29,5
34,1
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85,2
90,4
110,7
127,8
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33,2
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203,4
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108,5
132,8
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265,7
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542,3
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996,3
1150,4
192,8
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385,6
472,3
545,4
771,3
944,6
1090,7
964,1
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1446,1
1771,2
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50
10,7
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58,7
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41,7
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187,9
234,8
352,2
130,5
260,9
521,8
652,3
978,4
187,9
375,7
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1408,9
334,0
667,9
1335,9
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70
12,7
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95,1
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112,7
169,1
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202,9
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202,9
405,8
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101,7
24,1
48,2
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120,5
180,8
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1626,9
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1542,6
1928,2
2892,3
100
15,2
30,3
60,6
75,8
113,7
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53,9
107,8
134,7
202,1
60,6
121,3
242,5
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242,5
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1212,6
1818,9
431,2
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451,9
903,8
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1694,7
325,4
650,8
1301,5
1626,9
2440,4
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1156,9
2313,8
2892,3
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200
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107,2
160,8
38,1
76,2
152,4
190,5
285,8
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171,5
343,0
428,7
643,1
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476,4
952,7
1190,9
1786,4
343,0
686,0
1371,9
1714,9
2572,4
609,7
1219,5
2439,0
3048,7
4573,1
Materiales Fabricación Quemadores
z Cuerpo
principal: Acero al carbono A37
z Boca llama: Acero inox 304 - 316
z Plato difusor: Acero inox 310
z Lanza y/o cabezal inyector: A-37