vdocuments.mx gas-natural-y-sus-aplicaciones

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ENRIQUE BORRAS BRUCART
Dr. Ingeniero Industrial
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GAS NATURAL
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Características, distribución
y aplicaciones industriales
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editores técnicos asociados, s. a.
Maignón, 26 - 08024 Barcelona • España
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ÍNDICE DE MATERIAS
XI
Prólogo
1
Capítulo primero. — PROPIEDADES
© EDITORES TÉCNICOS ASOCIADOS, S. A.-Barcelona, 1987
1.2.
1.3.
Características del gas natural distribuido en España
1.4.
Sistemas y unidades de medida
1.4.1.
ISBN 84-7146-241-9
Medición de volumen . . .
4^
7
9^
....
10
1.42. Medición de presión
1.4.3.
Depósito legal: B. 30.053-1987
1-
Generalidades "
Reservas y consumos .«
1.1.
12
13
Medición de calor
1.4.4. Medición de potencia calorífica
1.4.5. Medición de densidad y peso específico .
.
14
\
15-»
1.4.6. Constantes y factores usuales de conversión .
16
17
17
18
19
19
1.5. Características de combustión de los gases .
1.5.1.
Aire teórico
1.5.2. Poder fumígeno
#- #
1.5.3. Exceso de aire. Coeficiente de suministro .
\5A. Temperatura teórica de combustión • .
.
.
1.5.5. Temperatura de ignición
1.5.6. Límites de inflamabilidad
1.5.7. Velocidad de deflagración
1.5.8. Velocidad crítica de retorno de llama
1.5.9. Velocidad de desprendimiento de llama
....
1.5.10. Intercambiabilidad de gases
1.5.11. Diagrama de combustión .
15.12. Rendimiento de combustión
1.5.13. Rendimiento propio del homo
•
1.5.14. Diagrama del contenido de calor de los productos de
combustión
•
Impreso en España
Capítulo II.-CONSIDERACIONES SOBRE EL EMPLEO DE GAS NATURAL
Printed in Spain
2.1. Aspecto global de la utilización del gas natural* • • •
2.2. Ventajas del gas natural .^
31
35
35^;
40^
2.3. El problema de coste del combustible . . . • • • •
42 "
2.4. Consumo específico de gas en procesos industriales.,
43
44
45
48
2.4.1. Aplicación de técnicas modernas
2.4.2. Incremento de la transmisión de calor .
Élite Gráfic-Av. Severo Ochoa. 3-Hospilalet de Llobrepat
19
19
21
21
21
25
29
30
.
2.4.3. Prevención y recuperación de calores perdidos
2.4.4. Procesos y hornos especialmente concebidos para em
pleo de gas
51
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~~.-fc
Vil I
y.
ÍNDICE DE MATERIAS
ÍNDICE DE MATERIAS
Capítulo III. —DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
55
3.1. Distribución de gas natural
3.2. Estaciones receptoras
3.3. Equipos de aparatos y valvulería
55 /
58"^
62
3.3.1. Filtros
3.3.2. Válvulas de cierre
1
IX
45. Clasificación de los quemadores
j32
4.6. Tipos de quemadores
4.6.1. Quemadores de mezcla previa
,3g
135
4.6.1.1. Quemador de mezcla previa por inducción at
mosférica
13-7
,
62
53
lí'l'l' 2Uema(?°r de mezcIa Previa por aire inductor.' 140
*.o.i j. Quemador de mezcla previa en máquinas mez
3.3.4. Reductores. Reguladores de presión . . . . . .
3.3.5. Cambiador de calor
68
78
4.6.1.4. Quemadores de llamas libres alimentados en
3.3.6. Contadores
78
4.6.1.5. Quemadores de premezcla con combustión en
3.3.3. Válvulas de seguridad
] ]
66'
3.3.7. Registradores de presión y temperatura . . . .
3.4. Normas de instalación de Estaciones receptoras . . . .
84.
85
3.4.1. Situación de la Estación
3.4.2. Modo de instalación
3.4.3. Seguridad respecto a instalaciones eléctricas . . .
3.4.4. Precauciones diversas
3.5. Red interior de tuberías
3.5.1. Determinación del trazado
3.52. Condiciones relativas a ciertos recorridos . . . .
35.2.1. Canalizaciones enterradas
3.5.2.2. Canalizaciones en cajas y galerías técnicas. .
3.5.2.3. Canalizaciones en cajetines
85
86
78
8991
92
93
94
95
96
3.5.2.4. Canalizaciones empotradas
3.5.2.5. Canalizaciones de descarga eventuales . . .
96
96
35.2.6. Situación de la válvula de aislamiento . . .
i 3.5.3. Características de las tuberías
96
97
! 3.5.4. Determinación del diámetro de las tuberías . . .
100
3.5.4.1. Generalidades
100
3.5.4.2. Número de Reynolds
3.5.4.3. Pérdida de carga lineal
103
104
3.5.4.4. Pérdida de carga sobre un tramo de longitud L
3.5.4.5. Fórmulas y gráficos de baja y alta presión .
105
106
3.5.4.7. Método de cálculo
H6
3.5.4.6. Pérdidas de carga singulares
3.6. Comprobación, ensayos, puesta en servicio y paro de la ex
plotación
3.6.1. Ensayo de resistencia mecánica
3.6.2. Ensayo de estanquidad
3.6.3. Control radiográfico de las soldaduras
3.6.4. Ensayo de funcionamiento
3.6.5. Trámites necesarios para la puesta en marcha .
.
.
Capítulo IV. — QUEMADORES INDUSTRIALES
114
jj9
119
120
121
121
122
125
4.1. Definición y funciones de un quemador
125
4.2. Características de la llama y de los productos de combustión
4.3. Volumen de la cámara de combustión
4.4. Definiciones comunes a todos los quemadores de gas . .
126
129
130
cladoras
J42
premezcla
contacto con un refractario
4.6.2. Quemadores sin mezcla previa
4.7. Quemadores especiales
4.7.1. Quemadores monobloc de aire insuflado .
4.7.2. Quemadores intensivos
'
J43
145
151
«g4
154
' ' 159
4.7.3. Quemadores emisores de radiación infrarroja .' ' ' 163
47
f6 tubos
tlfOS sumergidos
radiantes ayalta
temperaturasu.' 166
4.7.3.5 SS^S0™8
Quemadores de
de combustión
mergida
16g
1'IÍ' ?uemadores mixtos o multicombus'tibles .'.'*' 172
4.7.7. Sopletes
. .' 180
4*8' marcha
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?e con
los ^^adores
a los distintos gases,yy a la 183
mixta
fuel-oil
4.8.1. Quemadores con mezcla previa . . .
i«4
4.8.2. Quemadores sin mezcla previa . . . ' . . . [ Js?
4.9. Elección del tipo de quemador
4.10. Elementos auxiliares de los quemadores
4.10.1. Protección de las canalizaciones y los mezcladores de
los retornos de llama .
4.10.2. Encendido automático
.
.
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4. 0.3. Detección de las llamas . . .'
}q!
4.10.4. Regulación automática • . . . ' . . ' . [ ' J92
Capítulo V. —APLICACIONES INDUSTRIALES
5.1. Gas natural en los generadores de vapor . . .
5.1.1. Equipos para calderas industriales . .
193
193
1%
5.1.1.1. Quemadores a gas natural . . . "
196
5.1.1.2. Dispositivos de regulación . . .
' ' 198
5.1.1.3. Órganos de seguridad. . . .
' ' 198
51.2. Conversión de calderas existentes a gas natural .' .' 201
5.l.i. Funcionamiento mixto gas natural / fuel-oil .
205
rricosatUral. e" la Síderur8ia v metalurgia de productos fé5.2.1. Reducción directa del'mineral . " . " " * ' ?¡í
522. Altos hornos
n
ífí
'"•Mí
I m
ÍNDICE DE MATERIAS
5.2.3.
5.2.4.
5.2.5.
5.2.6.
Hornos de fusión
5.2.3.1. Cubilotes de fusión de hierro fundido
5.2.3.2. Hornos de acero Martin Siemens .
5.2.3.3. Hornos de fusión eléctricos .
Hornos de recalentamiento
Hornos de tratamientos térmicos .
Atmósferas controladas
5.2.7.
Técnicas especiales
5.2.8.
Oxicorle
5.3. Gas natural en la metalurgia de metales no férricos
5.4. Gas natural en la fabricación de cales y cementos .
5.4.1.
5.5.
5.6.
Prólogo
Cemento
Gas natural en la industria del vidrio
5.5.1.
5.5.2.
Hornos de balsa . . . .
Hornos de crisoles
5.5.3.
Operaciones anexas a la fusión
Entre las modernas fuentes de energía de indudable valor se
encuentra el Gas Natural que, por las dificultades de transporte
y distribución desde sus yacimientos hasta los centros de con
sumo, no ha encontrado en muchos países como el nuestro la
facilidad de utilización que merece por sus cualidades de efica
cia, comodidad, facilidad de regulación y automatización, lim
Gas natural en la industria cerámica
5.6.1.
5.6.2.
Secado
Cocción
5.6.2.1. Productos de tierra cocida
pieza y antipolución.
5.6.2.2. Hornos de fuego móvil
5.6.2.3.
España, que no ha sido nunca un país «gasista», tiene ahora
Hornos túnel
5.6.2.4. Productos cerámicos propiamente dichos: lo
la oportunidad de extender por todo el país, gracias a la inicia
zas y azulejos, gres y porcelanas
5.7. Gas natural en la industria química
5.7.1.
tiva de la Sociedad Gas Natural, S. A., continuada después por
la estatal Empresa Nacional dül Gas (Enagas), constituida expre
samente con esa finalidad, al Gas Natural, que, por no encontrar
se hasta ahora en nuestro suelo más que en pequeñas cantidades,
Como combustible
5.7.2. Como primera materia
5.7.2.1. Hidrógeno
5.7.2.2.
Amoníaco
5.7.2.3.
5.7.2.4.
5.7.2.5.
Melanol
Acetileno
Gas reductor
5.7.2.6.
5.7.2.7.
Proteínas
Azufre
5.8.
Gas natural en industrias agrícolas y de alimentación .
5.9.
Gas natural en la industria textil
5.10. Gas
debe ser importado por vía marítima de los afortunados países
que ¡o poseen.
Como existe poca documentación en castellano sobre la mate
ria he creído que podría ser de interés para los industriales y los
estudiosos recopilar en un tomo manejable la abundante docu
mentación que poseo sobre lo realizado en otros países y en la
zona industrial que rodea Barcelona, respecto a la utilización
industrial del gas natural, que indudablemente encontrará en
natural en la industria de la madera, papel y cartón .
España un amplio campo de aplicaciones como lo ha encontrado
5.11. Gas natural en utilizaciones diversas
en todos los países industrializados donde existe una amplia red
5.11.1. Calentamiento directo
5.11.2. Calentamiento indirecto
de distribución por tuberías de gas.
5.11.3. Operaciones térmicas especificas del j»as . .
.
para el control y mantenimiento de equi
5.12. Recomendaciones
pos térmicos industriales utilizando gas
5.12.1. Control y mantenimiento de los equipos térmi
cos de gas
5.12.2. Reparaciones, caso de averías
5.12.3. Medios de control corrientes
índice alfabético .
.
3541
Este trabajo está basado no sólo en las experiencias adquiri
das a través de la labor cotidiana desarrollada durante tantos
años c\i diversas empresas relacionadas con el mundo del gas,
sino también por los conocimientos contraídos por el estudio de
las más importantes publicaciones que sobre el tema se han edi
tado v. cómo no. por las amplias relaciones internacionales que
u
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XII
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PROLOGO
me ha proporcionado la asistencia a gran número de Congresos
Internacionales y también a las reuniones y coloquios que perió
dicamente organizan las más importantes Sociedades y Asocia
ciones europeas del gas.
Este libro va dirigido especialmente a los industriales y a los
ingenieros interesados en la aplicación de esa nueva fuente de
energía en las distintas ramas de la industria. Tanto unos como
CAPITULO PRIMERO
otros pueden verse decepcionados por no encontrar en determi
nados capítulos nada que ellos no conozcan perfectamente con
Propiedades
mayor amplitud. Pero unos y otros deberán colaborar íntima
mente entre sí y discutir los problemas comunes que les afectan
creemos que lo que exponemos puede ayudar a los técnicos gasistas (preocupados por su tecnología, no siempre aplicable práctica
y económicamente) a adaptar sus conocimientos a determinadas
1.1.
nicas gasistas que les interesa.
Se denomina gas natural al conjunto de¡hidrocarburos gaseo
sos formados principalmente por el metano) en proporción supe
industrias mientras los técnicos de las mismas (que saben muclio mas de su especialidad) encuentran en el libro aquellas téc
Si esta generación de ingenieros y sus sucesores, los estudio
sos de hoy y de mañana, pueden aprovecharse de este esfuerzo
de recopilación que el autor, durante su larga dedicación a la
industria del gas, ha llegado a reunir, se considerará recom
pensado.
Debo expresar mi agradecimiento a «Catalana de Gas y Elec
tricidad» por la valiosa ayuda y colaboración que me han pres
tado en la elaboración de este libro y muy especialmente a los
ingenieros de la misma y de «Si-digas», D. Fidel Valle Saval y
D. Antonio Tejerina Aguilar. Igualmente expreso mi reconoci
miento a la cortesía de varias firmas industriales por la documen
tación y grabados que me han facilitado de los productos de su
fabricación.
El Autor
Generalidades
rior al 70 °/o, que se obtiene de la naturaleza en los campos petro
líferos acompañando al crudo del petróleo (gas natural asociado)
o acompañado únicamente por pequeñas cantidades de otros
hidrocarburos o gases (gas natural no asociado).
No existe una teoría rigurosa sobre su formación, pero puede
asegurarse que proviene. del mismo proceso de formación del
petróleo. Desde hace varios decenios, las prospecciones geológi
cas, que se han acelerado después de la segunda guerra mundial,
han hecho aparecer, desigualmente repartidos sobre la superficie
del globo y a profundidades que sobrepasan, a veces, los 5000 m,
yacimientos de gas más o menos importantes y más o menos
concentrados, acompañados o no de petróleo.
Los componentes que pueden acompañar al metano son hidro
carburos saturados como etano, propano, butano, pentano y pe
queñas proporciones de gases inertes, tales como anhídrido car
bónico, nitrógeno y, en algunos casos, ácido sulfhídrico, oxígeno
e hidrógeno. La proporción de estos componentes raras veces
supera el 15 °/o, aunque en casos excepcionales, como en el gas
natural de Lacq (Francia) o en el de Kapurri (Nueva Zelanda),
las proporciones de ácido sulfhídrico y de anhídrido carbónico,
respectivamente, exceden dicho nivel. En estos casos, ambos pro
ductos son eliminados del gas natural antes de su distribución.
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t=s=s%
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En el cuadro 1 se detalla la composición de diferentes gases
naturales de procedencias distintas, así como en el cuadro 2 se
especifican las características principales de los componentes de
los gases naturales, lo que nos.permite calcular, para un gas de
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Etano
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Composición aproximada de gases naturales
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de inflamabilidad, etc.
Cuadro n.° 1
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Anhídrido
carbónico
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3
Acido
sulfhídrico
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U.S.A.
Emsmün-
Maracaibo
Gulf
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Metano
Etano
Propano
Butano
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0,2
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9,9
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N.Ze
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U.R.S.S.
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Coast
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93,5
3,8
1,2
0,6
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o
g
composición conocida, cuál es su potencia calorífica, densidad,
cantidad de aire teórico necesario para la combustión (poder
comburente), volumen de los humos (poder fumígeno), límites
Francia
:< V
PROPIEDADES®
GAS NATURAL
Libia
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GAS NATURAL
En este cuadro no están incluidas las velocidades de defla
gración de las llamas de gas: dichas velocidades son del orden
ct
rt 267
9A7 cm/s
T/Spara
Pai"a.el l?S
hÍdrOCarburcs ligaros, mientras que
es de
hidrógeno.
La temperatura teórica de combustión de los diferentes gases
naturales, que vana poco para el mismo factor de aire de com
bustión, es de 1900 °C para la combustión estequiométrica.
1.2. Reservas y consumos
Como el gas natural tiene unas reservas limitadas, hemos de
fr
valoración de las reservas mundiales de gas establecida país por
país puede contener una amplia variedad de datos inseguros.
Por el contrario, tomadas dichas reservas globalmente son más
fiables, ya que los errores o diferentes sistemas de evaluación de
cada país, se equilibran mutuamente. En la figura 1 representa
mos las reservas conocidas de gas natural al 31 de diciembre de
1984, cuyo total asciende a 96,6 X 1012 m3, de los cuales más de
un 40 % están ubicados en la Europa Oriental, un 23 % en el
Oriente Medio y un 11 % en Norteamérica. El resto está repar
tido entre Europa Occidental, Latinoamérica, África y Asia-Oceanía, correspondiendo a la primera un 5 %.
ser prudentes en la valoración de su empleo. Aunque a primera
vista se tiene la impresión de abundancia, la relación reservasproducción a escala mundial equivalen a menos de 50 años al
Europa Occidental 5 %
Asia-Oceanía 7 %\
Europa Oriental 41 %
actual régimen de producción.
No obstante, aunque las actuales reservas son limitadas exisen buenas perspectivas de nuevos e importantes descubrimien
tos. Por otra parte, el mercado mundial es limitado, a causa de
5
PROPIEDADES
África 7 %
que el consumo masivo está ubicado generalmente a grandes distancias de los centros de producción y el gas, por su naturaleza
«Sica, es mas costoso de transportar ydistribuir que los combus
tibles líquidos y el carbón. Además, las tecnologías necesarias
para ello exigen mucho más tiempo para su desarrollo; presen
tan también problemas políticos, que deben solucionarse, e inter
vienen consideraciones económicas que juegan un papel imporlanle.
Oriente Medio 23 %
/
La definición de «reservas de gas natural» no está bien fijada
en lodo el mundo. Por esa razón, lo que un país clasifica como
reservas probadas, no puede compararse exactamente con las
-
* América del Norte 11 %
Latinoamérica 6 %
Fig. 1. —Reservas probadas de gas natural en el mundo.
reservas probadas de otro país, hasta que se establezcan con pre
cisión las definiciones, se cuantifiquen los métodos, el valor ener
' Las reservas de gas natural son equivalentes, bajo el punto
de vista de energía térmica, entre una mitad y un tercio de las
Otras complicaciones se presentan al valorar las reservas ex
reservas mundiales de petróleo. El petróleo suministra aproxi
madamente un 55 % de la demanda mundial de energía, y es
gético, la composición, etc.
plotables en los lugares en que el gas se encuentra disuelto en
el crudo o se produce simultáneamente con el mismo (gas aso
ciado) y cuya extracción depende de la cuantía de la extracción
de petróleo. Acausa de ello y de otras complicaciones, cualquier
también la principal fuente de energía primaria virtualmente en
todos los países. El gas natural suministra un 17 % de la deman
da de energía, pero, contrariamente al petróleo, su uso está con
centrado en relativamente pocos países.
•'•'
GAS NATURAL
PROPIEDADES
Cuadro n.° 3
es el mayor consumidor mundial, yentre U.S.A., U.R.S.S. yEun>
pa juntas, consumen aproximadamente el 87 o/o del consumo
Consumo de gas natural en el mundo (lO^m5)
1981
Europa Occidental
Europa Oriental
América del Norte
Latinoamérica
Oriente Medio
África
Asia-Oceanía
Total mundial
1982
1983
1984
224
214
225
239
14,2
490
537
573
620
36,7
620
582
530
567
33,6
64
70
74
76
4,5
48
35
35
44
2,6
1.9
6,5
23
24
28
32
81
85
93
109
1.550
1.547
1.558
1.687
mundial de gas. El «resto del mundo», con un consumo del 13 /o
del total, se reparte en amplio número de pequeños mercados,
como Argentina, Australia, Bangladesh, Nueva Zelanda, Nigeria,
Pakistán, Venezuela, Trinidad yJapón. En todos ellos el consumo
es importante dentro de cada país, pero no comparativamente
en el mercado mundial. Japón, que no posee yacimientos de gas
natural ydebe importarlo líquido, es, no obstante, un fuerte con-
%
sumidor a nivel local.
1.3. Características del gas natural distribuido
en España
Hasta este momento, y con la gran esperanza de explotación
Los datos relativos al consumo mundial de gas son mejor
conocidos y más precisos que los referentes a las reservas. Puede
apreciarse en el gráfico de la figura 2 y en el cuadro n.» 3 la
de los recientes yacimientos descubiertos en Huesca, Rioja y en
pales países. Norteamérica, y esencialmente U.S.A.,
Nacional del Gas, S. A.) posee en la planta de Barcelona, donde
se regasifica el gas natural líquido procedente en su mayor parte
el golfo de Cádiz, el gas natural distribuido en España proviene,
en su casi totalidad, de las instalaciones que ENAGAS (Empresa
distribución del consumo de gas natural en 1984 en los princi
de Libia y de Argelia.
La composición media del gas natural suministrado hasta la
fecha por ENAGAS, así como sus características de combustión,
36,7 %
Europa Oriental
33,6 %
han sido las siguientes:
América del Norte _
Composición volumétrica:
Metano
.
Etano.
.
Propano .
Butano
.
Nitrógeno
Europa Occidental
II
t
15,5 %
86,15 %
12,68 %
0,40 %
0,09 %
0,68 %
Características de combustión:
Contenido en azufre en el odorizante.
Peso específico
Densidad relativa al aire
• i
'
6,6 mg/m3 (n)
0,808 kg/m3 (n)
0,625
•
•
I
8
GAS NATURAL
PROPIEDADES
Potencia calorífica superior a 15 °C . .
9450 Kcal/m3 (n)
Potencia calorífica inferior a 15 °C .
índice de Wobbe
índice de Wobbe corregido
8 958
13 249
13 461
»
»
»
»
índice de Delbourg (potencial de combus-
tión)
_ lión
10,47 m3 aire/m3 gas
Concentración máxima de C02 en humos
secos
Volumen de humos secos (por m3 gas). .
Volumen humos húmedos (por m3 gas).
Límite inf. de inflamabilidad en el aire.
Límite sup. de inflamabilidad en el aire.
— Volumen.
—
Presión.
— Calor.
— Poder calorífico.
— Densidad.
46,5
Volumen de aire teórico para la combus-
9
Los múltiplos y submúltiplos de las unidades de medidas se
acompañan de un prefijo. Los principales son:
12,08%
9,39 m3
12,44 m3
Factor por el cual se multiplica
4,8 %(de gas)
13,5 %(de gas)
Prefijo
Símbolo
la unidad
exa
E
P
T
1 000 000 000 000 000 000 = 10"
= 10»
1 000 000 000 000 000
= 1012
1 000 000 000 000
giga
G
mega
M
k
h
1 000 000 000
1 000 000
1000
100
10
01
0 01
peta
tera
1.4. Sistemas y unidades de medida
kilo
hecto
En el mundo existen tres sistemas de unidades, válidos en dis
tintos países, para la medición de gases. El sistema inglés, utili
deca
deci
cent i
milli
micro
zado en EE. UU., Gran Bretaña, Canadá y demás países de la
Commonwealth; el sistema métrico, usado en el continente
europeo, Japón, América Latina y algunos países más; finalmente,
el Sistema Internacional de Unidades, de acuerdo con la resolu
ción tomada en la 11.a Conferencia Internacional de Pesas y Me
da
d
c
m
|i
nano
11
pico
P
femto
f
atto
a
=
1o9
= 106
0 001
0 000 001
0 000 000 001
0 000 000 000 001
0 000 000 000 000 001
=
=
103
10-
=
=
=
=
=
=
=
=
10
10-'
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-1S
0000000000000000001 = io-ls
didas de 1960. Algunas de las medidas fundamentales de los tres
sistemas son las siguientes:
Sistema
Sistema
Sistema
inglés
métrico
internacional
Longitud
pie
centímetro
me 1ro (m)
Masa
libra
gramo
Tiempo
Temperatura
kilogramo (k)
segundo
segundo
0 Farenhcit
0 centígrado
segundo (s)
°Kelvin (K)
Además de las unidades básicas, sus múltiplos y submúltiplos,
cada sistema tiene una extensa gama de unidades derivadas. Las
más importantes relacionadas con la industria del gas son las
unidades de:
1.4.1.
Medición de volumen
El volumen de un gas varía considerablemente con su tem
peratura y presión. Por otra parte, varían también las condicio
nes de su medición; unas veces se mide el volumen de un gas
seco, y otras, saturado con vapor de agua.
Las tres unidades volumen métricas más comúnmente em
pleadas son las siguientes:
— Metro cúbico standard m3 (s).
Medido seco a 150 °C y
presión de 760 mm de
columna de mercurio.
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Atmósfera
Stand.
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1,3158 xlO-3
0,068046
0.967841
1
0,98692
atm.
1.4223X10-3
0,491154
0,019337
1
14.2233
14,6959
14,5038
PSI
0,07355
25,4
1
51,715
735,559
760
750,062
tor
0,00289
1
0,03937
2,03602
28,9590
29,9213
29,53
in.Hg.
0,98692x10-» 1,01972x10» 14,5038x10-» 750,062x10» 29,53x10-»
10-4
0,034532
1,3595 xlO-3
0,070307
1
1,03323
1,01972
kg/cm2
Pa
9,80665
3,386
133,273
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0,980665x10»
1,01325x10»
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345,55
13^951
703,7
10-4
1.0332xl0-4
1,0197 xlO-4
mm c.d.a.
FACTORES DE CONVERSIÓN CORRESPONDIENTES A UNIDADES DE PRESIÓN
3 2- .
_
"3
v.
:.± agua a 0,9806 x 10-4 0,9678xlO-4
mercurio
pulgada c.d. 0.03386
mercurio
c.d.
Milímetro
cuadrada
pulgada
Libra por
por centíme 0.98066
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Kilogramos
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GAS NATURAL
PROPIEDADES
Las unidades preferentes para la medición de presión son:
Kilogramo por centímetro cuadrado (en los sistemas métrico
e internacional).
Libra por pulgada cuadrada (en el sistema inglés).
Pascal = Newton/m2 (sistema internacional SI)
üjSSüSS/
símbolos
Kilocaloria
"cal
BTU
I
3,9683
0,25199
/
Termia
999,69
3967,09
Therm
0,252x10» 10»
Therm
te
kwh
1,00031 xlO-3 3,9683x10» 0,00163
4186,84
0,2521x10-8 10»
1055
British
Thermal
Unit
1.4.3. Medición de calor
1*.
™%Un'dadeS,de
m!dÍda deVienen
CaI°r son
ementebien
función
de
las condiciones
de medición.
determinadas,
en tér-
ToXun,
fUt°S' C°T.d
mover requerida
una ^sa
comía una fuerza,
o bien trabaj°
como larCalÍZad0
cantidadPara
de energía
para elevar la temperatura de una masa específica de agua en
una cierta cantidad.
13
8
Küowatio- 859g45
Julio
/
3,967x10-* 1,163
4,187x10-*
I
29,307
105,5x10°
3f412xl0.2
j
36xl0^
0,278x10°
/
25,207
3412H 0g60i
2,931 xlO-4
0,2388x10-3 9,48x!0-< 0,2388x10° 9,48xl0-o
En los tres sistemas de medida, las unidades preferentes son:
var^e
Moc'L^ir?0
° C"¡tidad
de CaI°r neCeSaria
var de 14
Ca 15 °C la masa
de un kilogramo
de agua. Para eIe"
-British Thermal Unit (BTU) o 180ava parte del calor re-
querido para elevar de 32 °F a 212 °F la masa de una libra de
1.4.4. Medición de potencia calorífica
Potencia calorífica o poder calorífico de un gas es la cantidad
de calor desprendido por la combustión completa a presión
constante de 1,013 bar (atmosférica) de la unidad de volumen de
vntrÍUlÍ°.InternaCÍOnal
Cantidadproducido
de calor disiPado
un
vatio durante un segundo°(trabajo
por una por
fuerza
dtLrrlaTuLTde ap,icación se despiaza
„n¡lTentemente,
UtÍlÍZan europeo,
Cn la industria
g^ otras
dos
unidades, una en el SC
continente
la otra deI
en Gran
Bretaña.
1000°kcarrPeCtÍVamente: TCrmÍa (tC) ec*uivaIente a JMcal =
- Therm equivalente a 100 000 BTU o 1055,06 kilojulios.
pondfenUabIa adJUnta flgUran l0S faCt°reS dC conversion corres-
dicho gas (m3 normal, es decir, a 0°C y a presión de 760) toman
do los elementos de la combustión y los productos de la misma
a igual temperatura (temperatura ambiente).
El poder calorífico de un gas se expresa en kcal/m3(n). Con las
unidades del sistema internacional (SI), el poder calorífico se
expresa en kJ/m3(n).
El poder calorífico de un gas se llama superior (P.C.S.) cuan
do el agua resultante de la combustión de los átomos de hidró
geno inicialmente contenidos en el gas, se supone líquida (con-
densada) en los productos de la combustión.
El poder calorífico de un gas se llama inferior (P.C.I.) cuan
do el agua resultante de la combustión del hidrógeno y de los
productos hidrogenados inicialmente contenidos en el gas, se
supone en estado de vapor en los productos de la comWt'ión
14
GAS NATURAL
PROPIEDADES
La diferencia entre el P.C.S. y P.C.I. es igual, por definición,
15
— Kilogramo por metro cúbico normal:
Peso específico definido para un gas seco a 0°C y 760 mm
al calor de condensación del vapor de agua resultante de la com
bustión del hidrógeno del combustible. Esta relación puede con
siderarse, aproximadamente:
c.d.Hg.
— Libras por pie cúbico standard:
Peso específico definido para un gas saturado de agua
P.C.I. = 0,9 P.C.S.
Los factores de conversión de valores de potencias caloríficas
expresadas en distintas condiciones de presión v temperatura
son los siguientes:
a 60°F y 30" de columna de mercurio.
Existe, sin embargo, un sistema que evita la definición de las
condiciones de medición en la fijación del peso específico; es la
introducción del concepto de «densidad».
Para obtener
Multiplicar por
kcal/m3 a 0°C
y 760 mm c.d.Hg.
seco
kcal/m3 a 15 °C
y 760 mm c.d.Hg.
seco
kcal/m$a 0 °C, 760 mm
c.d.Hg. seco
0,9480
kcal/m3 a 15 °C, 760 mm
c.d.Hg. seco
1,0549
La densidad de un gas viene definida como la relación entre
el peso de cualquier volumen del mismo yel de un mismo volu
men de un gas de referencia, generalmente el aire. Puesto que la
mayoría de gases considerados están próximos a las condiciones
de un gas perfecto, pueden despreciarse las diferencias en com
presibilidad, cambios de volumen con la temperatura y conte
nido en vapor de agua.
1.4.6. Constantes y factores usuales de conversión
1.4.5. Medición de densidad y peso específico
El peso específico de un gas se define como relación entre su
masa y su volumen. La masa, en sus tres sistemas de medidas,
Viene expresada en gramos (métricos), en libras (inglés) o kilo
gramos (internacional), y no requiere definir condiciones. El vo
lumen, por otra parle, viene respectivamente definido en cm3
Pies y m, y precisa, en el caso de gases, mayores detalles tal
como se indicó anteriormente en la medición de volúmenes.
La utilización de factores de conversión resulta necesaria si
se desea expresar el peso específico en distintos sistemas de me
dida con diferentes temperaturas de referencia, presiones ycontenido en agua.
Las unidades preferentes para expresar el peso específico de
un gas son:
— Kilogramos por metro cúbico standard:
Peso específico definido para un gas seco a 15 °C y760 mm
C.cl.riíí.
Frecuentemente se utilizan unidades no ortodoxas que re
quieren factores de conversión. Acontinuación relacionamos al
gunas de ellas.
I m'(n)
l
SCF
= 37,89 SCF (Standard cubic feet)
= 0,2655 nr'(n)
1 BTU
= 252 calorías (BTU = British Ther
1 BTU/SCF
1 kcal/mXn)
= 9,547 kcal/m3(n)
= 0,10473 BTU/SCF
1 ^O"
_ it8r°F)+ 32° (F = Farenheit)
mal Unit)
1 °F
1 galón imperial (G.B.)
1 galón (EE.UU.)
= 0,556 °C (F°32)
= 4,5459 1
= 3,7854 I
1 1
= 0,2201 galones imperiales (G.B.)
1 1
= 0,26418 galones (EE.UU.)
1 tonelada de equivalente
carbón
= 27,336 X 106 BTU
= 6,89 X 10" kcal
~
700 m' de gas natural standard
-
16
GAS NATURAL
PROPIEDADES
100 millones de pies cú
bicos por día
1000 pies cúbicos de gas
Para que la combustión se realice en buenas condiciones, es
necesario que:
1000 millones de m3 por año
natural standard
la cantidad de aire sea la mínima conveniente para obte
1 millón de t por año
20 000 barriles de crudo
ner una combustión completa;
— se cumplan determinadas exigencias de tiempo, turbulen
por día
I barril de crudo
17
I millón de t por año
cia y temperatura.
0,15897 m3
Resumiendo: Los principios de una buena combustión se re
ducen a «Suministrar al combustible la adecuada y correcta pro
1.5. Características de combustión de los gases
Combustión es la serie de fenómenos físico-químicos que se
producen en la reacción exotérmica de oxidación de cuerpos o
sustancas combustibles por el oxígeno de cuerpos comburentes
porción de aire, en el lugar apropiado, facilitando las debidas
condiciones de tiempo, turbulencia y temperatura, a fin de que
las reacciones de la combustión puedan efectuarse de la manera
más completa posible en la cámara de combustión o en el labo
ratorio del horno».
Como comburente se empica siempre en la práctica el aire
dtdel WS CXCCpCÍ°nfS Se L"i,-« ^ oxígeno puro. Compon
1.5.1.
siempre: 20 %otfgeno + 80 %nitrógeno.
suficiente para asegurar la combustión completa de un metro
me 21%
21 oxigeno
C" ^^+ 3!/0
+ 77Prácticamente
%n¡tró^"-seEntoma
vo
lumen.
79 "ó°XÍgen°
nitrógeno.
La^combustión viene siempre acompañada de un desprendí-
1acesensibil
"»**<* dede '«U »la
sensible a'*"*
nuestrafenÓnWn°'
vista por *"la Iapresencia
la llama
cual constituye la fuente de calor.
Para que la combustión pueda iniciarse ypropagarse es nc-
cesano que se cumplan simultáneamente dos condicione;:
- el combustible yel comburente deben mezclarse en cic
las proporciones;
1:1 temperatura de la mezcla debe se- bcalmentc superior
a su lempcraíura de inflación.
Oirás dos condiciones suplementarias son precisas para que
la combustión prosiga:
'
los producios de la combustión tienen que evacuarse a
medida que se produzcan;
- "~ción del combustible ycomburente deben ase0Jrarsc de forma que satisfagan a las dos primeras condi-
Aire teórico
Se entiende por aire teórico la cantidad de aire necesaria y
cúbico de gas. Se expresa en metros cúbicos normales de aire
por metro cúbico norma! de gas.
fe-
Otando un metro cúbico normal de gas está mezclado con un
volumen de aire igual al teórico, se define como mezcla estequiométrica o teórica. A la cantidad de aire teóricamente necesaria a
la combustión se le llama también «poder comburívoro».
1.5.2. Poder fumígeno
Se define como el volumen, expresado en condiciones norma
les, de productos obtenidos en la combustión completa de un
metro cúbico normal de un gas asociado a la cantidad de aire
igual a la teórica.
Dado que el agua resultante de la combustión puede conside
rarse en estado líquido o de vapor, se distinguen dos poderes
lumigenos: el seco (denominado comúnmente volumen de hu
mos secos), en el que el agua de combustión está en estado lí
quido (condensada), yel húmedo (o volumen de humos húmedos),
X
I
GAS NATURAL
18
'
PROPIEDADES
h
que es el volumen de productos de combustión efectivamente a
1.5.4.
19
Temperatura teórica de combustión
evacuar, en el cual el agua está en estado de vapor.
La temperatura teórica de combustión es aquella que alcan
zarían los productos de la misma, si todo el calor de la reacción
fuese empleado en su calentamiento. La temperatura teórica de
combustión del gas natural en el aire es de 1 900 °C. Como siem
pre existen pérdidas de calor, esa temperatura no se alcanza en
El poder fumígeno se expresa en metros cúbicos normales de
humos por metro cúbico normal de gas.
Con el poder fumígeno seco, se acostumbra a indicar la con
centración máxima de anhídrido carbónico resultante de la com
la práctica. La curva de lajig. 3 indica la temperatura teórica de
bustión, expresada en tanto por ciento.
1.5.3.
combustión del metano puro para las diferentes relaciones
Aire primario
Exceso de aire. Coeficiente de suministro
n
=
Aire teórico
En la práctica es imposible obtener una combustión completa
Dicha temperatura puede sobrepasar los 2 500 °C, enrique
ciendo el aire con oxígeno.
suministrando la cantidad teórica de aire a la combustión, ya
que siendo ésta una reacción química de oxidación, es práctica
mente imposible que todo el oxígeno del aire se combine con
las sustancias combustibles hasta completar la reacción. Como
1.5.5.
en todas las reacciones químicas, es necesaria una concentración
Temperatura de ignición
de los reactivos y un determinado tiempo y condiciones para que
la reacción se complete. Si queremos que todo el oxígeno se com
Es la temperatura mínima que debe alcanzarse para que pue
da iniciarse y propagarse la combustión en un punto de una
bine, será necesario un exceso de combustible que, naturalmente,
mezcla inflamable de aire y gas. El auto-encendido de una mezcla
de gas natural y aire, comprendida dentro de los límites de in
dará una pérdida importante en el rendimiento térmico. Por
ello es preferible que haya exceso (mínimo) de aire para que arda
la totalidad del combustible. Ello provocará, naturalmente, una
dilución de los productos de la combustión y una pérdida tér
mica por los humos, la cual será siempre inferior a la pérdida
por inquemados. A este exceso de aire se le conoce por coeficiente
de suministro de aire K. Dicho coeficiente tiene los siguientes
valores para los distintos combustibles: para combustibles sóli
dos, K = 1,4 a 2,5 (exceso de aire de 40 a 150 %); para combus
tibles líquidos, K = 1,25 a 1,6 (exceso de aire de 25 a 60 %); para
combustibles gaseosos, K = I, 1 -|- a 1,4 (exceso de aire de 10 a
40 °b). Este coeficiente, relativamente bajo para el gas natural
comparado con el de los combustibles sólidos y líquidos, repre
senta una importante mejora en el rendimiento térmico de la
combustión, a consecuencia de una pérdida más baja en la chime
nea y una temperatura más alta de combustión.
A pesar del empleo de exceso de aire en la combustión, en la
práctica se encuentran casi siempre, en el análisis de los humos,
pequeñas proporciones de CO y Hfo.
flamabilidad, tiene lugar a una temperatura del orden de 650750 °C.
1.5.6.
Límites de inflamabilidad
Son los límites de la composición de la mezcla aire-gas para
que la combustión pueda iniciarse y propagarse. Se expresan en
tanto por ciento de contenido de gas combustible en la mezcla
aire-gas.
Por debajo del límite inferior de inflamabilidad, la mezcla no
es suficientemente rica en combustible para quemar; por encima
del límite superior de inflamabilidad, la mezcla es pobre en com
\
burente.
1.5.7.
Velocidad de deflagración
Una llama estable de una mezcla aire-gas, comprendida entre
los límites de inflamabilidad, se propaga a una cierta velocidad,
1
—
PROPIEDADES
20
21
GAS NATURAL
que depende de variables físicas y químicas, composición de su
mezcla con el aire de combustión, temperatura, presión, forma
y dimensiones del quemador. Para el gas natural, la velocidad de
deilagración o de propagación es del orden de 0,3 m/s (ver grá
fico fig. 4).
.y c
6 "
£ c
CO w
1 '«X)
3
1.5.8. Velocidad crítica de retorno de llama
^
O -O
|i
F°
Se designa así el límite inferior de velocidad de salida en la
l - -o
cabeza de un quemador con mezcla previa de aire-gas, compati
ble con una llama estable; si la velocidad de salida es inferior a
la velocidad crítica, la llama se propaga al interior del quemador
1 700
—^
f-
.
—
'
1 5i»
en la mezcla gas-aire (el quemador se dice que «se cala»).
—^
—
—
1.5.9.
Velocidad de desprendimiento de llama
—
-
•
Es el límite superior de la velocidad de salida a la cabeza del
quemador compatible con una llama estable: si la velocidad de
salida es superior a la velocidad de propagación de la llama, ésta
se desprende del quemador.
1 300
r—
—
1.5.10.
/
—
—
_
—
- -
I 100
Dos gases se dice que son intercambiables cuando, distribui
dos bajo la misma presión, en la misma red, alimentando los mis
_
—
ñire primario
mos quemadores y sin cambios de regulación producen los mis
mri' secundarlo
—
mos resultados de combustión: (lujo calorífico, posición y com
—
portamiento de la llama. Siendo la combustión, por naturaleza,
—
i
Intercambiabilidad de gases
una reacción química, no puede existir una intercambiabilidad
N
_
_
absoluta. Afortunadamente, dicha rigurosidad no es necesaria.
_
1.0
2,0
Basta con que ciertas características básicas se conserven de for
ma aproximada.
Fig. 3. — Temperatura teórica de combustión del metano, teniendo en cuen
ta la disociación en función del factor de aire (»).
Los estudios de los problemas de intercambiabilidad han con
ducido a agrupar en familias a gases de características próximas.
Para cada familia se ha escogido un gas, llamado de referencia,
que se emplea como tipo en los ensayos de normalización.
/
/
r^||
•~1
22
r-^n
r*^
GAS NATURAL
*0)
Ámbito
Gas de referencia
Gases de P.C.S. comprendido
Gas de P.C.S.
Familias
El
o
Primera
e
V
o
Segunda
aire primario
n
•a
80
entre 4,2 y 4,7 (gases manufactu
rados) te/m3(n)
e
•o
90
23
PROPIEDADES
Tercera
=
aire teórico
-o
Gases ricos: gas natural
y aire propanado
Gases muy ricos:
propano, butano
de 4,5 te/m3(n)
Metano puro
Butano puro
Los gases de la misma familia son normalmente intercam
CD
"O
O
o
o
>
biables.
^.< Gas de referencia (i.* familia)
70
Delbourg, de Gaz de France, ha definido ei diagrama de inter
cambiabilidad de gases, en el cual cada gas viene representado
por un punto expresado en coordenadas rectangulares (potencial
de combustión en abscisas e índice de Wobbe en ordenadas).
Mediante curvas experimentales, derivadas del comportamien
to de la llama de un gas a su desprendimiento de laboca del que
mador, retroceso de llama o combustión incompleta, se puede
trazar el campo de funcionamiento correcto de un quemador
para un gas determinado. En el gráfico de la figura 5 representa
mos el diagrama de Delbourg para los gases de las tres familias.
Cualquier gas cuyo punto representativo en el diagrama caiga
dentro de las áreas ralladas, es intercambiable con otro gas de
60
SO
——
40
Y
la misma familia.
30
< V
20
^
y
/
•*
/
1
• familia) f¿
s v
^
Áf
10
bk.
Ga 5 nati ral c e referencia (2
<
índice de Wobbe y potencial de combustión
J
El comportamiento de un gas en un quemador viene caracte
rizado, como hemos citado, por sus coordenadas en el diagrama
de Delbourg: índice de Wobbe, potencial de combustión o índice
de Delbourg. El índice de Wobbe viene definido por la relación
^
s
S
y
entre la potencia calorífica superior de un gas y la raíz cuadrada
de su densidad respecto al aire.
0
P. C. S.
1
0.5
W =
1.5
Fig- 4. —Variación de la velocidad de deflagración en función del factor
de aire.
1
El índice de Wobbe corregido tiene en cuenta el balance exis
tente entre el contenido en CO, C02 y 02 del gas (coeficiente K2),
así como el efecto de los hidrocarburos más pesados que el me
tano (coeficiente K¡).
rmm^
TI
24
r
r-
.«mm^
J
GAS NATURAL
PROPIEDADES
•'*•""-£
25
W corre* = K, X K2 X W
250OO -
en los gráficos (figs. 6 y 7) se determinan dichos valores.
El potencial de combustión viene definido por la fórmula
W
| Butano
\ji
11
H2 + 0,3CHi + 0,7 CO + VXaCnMni
*^ Referencia 3? familia
ÍG AS'\
3? "2L*B
C =
íd
utileno
• 20 C100 -
1
LIMITE EXTE UOR ÍELA
ME2 :las GASE DSAS 'OSIB
P\
LES/P^^^?
donde d = densidad del gas respecto al aire;
Propano ^7
^\
ropiler 0
LIMITE EXTERIOR DE LAS
proporciones volumétricas centesimales de dichos gases;
"
MEZCLAS GASEOSAS POSIBLES
0^
a = constante que tipifica la velocidad de llama del gas;
,Et.mo
o
Etilenc
/
• 15.0on —
N
f
/
<jas na ural -
Me taño
A .P. 13.
y [tenido en oxígeno y del índice de Wobbe corregido respec)tivamente (figs. 8 y 9).
N%>
UOMWA
¡XTGAS
2? Y/J
Los valores de la constante a, de la densidad d y del índice
de Delbourg o potencial de combustión c de los gases más
?
500./
usuales, vienen indicados en la siguiente tabla.
//w¿
o/
- iy
^ | constantes definidas por las curvas adjuntas, función del con-
i
1/
10.000 —
•
<5j
ríe referencia „ /Combustión higiénica
r---
- \
4
/
i
SI
$1
—
Hidrócji L'IIO —
W=1
.500
c =
380
-4—
Hidrógeno
1
Oxido de carbono
Metano
1
ca
rnmhtBtlftn no^Vigiér»
1
1
A .P. 6.500-j,
o
o
o -4-
•5.00
>&<k--
Gases
/
— ®4
U
3
g.
(D
o
'h
J
A°
xo
-^>^> GAS 1? ¡
^5% FAMILIA f ^^T^
^
^
" 1
<*^.
LIMIlt fcXIEHIOR
^e
M
V.
1.5.11.
Diagrama de combustión
Elano
Propano
7>
0,070
0,967
0,555
1,046
1,547
2,071
3,79
71,2
40,3
73,3
76,4
69,5
-
DE LAS MEZCLAS
3ASE(JSASf- OSIB LES-
i
Butano
1.0
0,7
0,3
0,75
0,95
1.0
.11
lefererKia 1? Famil a
( )xido c ecarb6n
c
IWT
50
100
150
Fig. 5.—lnlercambiabilidad de los gases de la 1.a, 2.* y 3.' familia.
En el proceso de combustión de un gas, los productos obte
nidos como consecuencia de la misma pueden ser de distinta
naturaleza para un mismo gas, según cuales sean las proporcio
nes relativas de aire y gas.
Para un gas de composición determinada, es posible repre
sentar, bajo forma de diagrama, la composición de los humos
n
u
,
1.4
GAS NATURAL
26
1.3
1,2
L
s-*
Osv
—
s
s
1.1
2000
¿000
6000
8000
10000 12000
14000 16000
18000
0.
1000-^-
Fig. 6. — Coeficiente K\ del índice de Wobbe (2.* familia de gases).
Gas natural.
i.o
0
0,1
0¡2
Q3 QA 0.5 Q6 07 .00 09
1,0
Fig. 8. —Coeficiente U del potencial de combustión (2/ familia de gases).
K2
1.10
1,15
1.00
X
/
1.10
1,05
0.90
1.00
0,95
^s;
0.80
m./)OiO¡>r.o,
1000
"res
0,90
-5
0
5
10
15
20
Fig. 7. — Cocficienlc K¿ del índice de Wobbe (2.a familia de gases).
0.85
Gas natural.
0.80
10000
11000
12000
13000
14000
15000
r-t
í
i
GAS NATURAL
23
PROPIEDADES
secos procedentes de la combustión. Denominado diagrama de
Ostvvald, está trazado en coordenadas rectangulares: porcentaje
do oxígeno de los humos secos en abscisas y de anhídrido car
bónico en ordenadas. Se completa el diagrama, de forma trian
gular, con el porcentaje de inquemados obtenido en la combus
29
Ejemplo:
Hemos encontrado por análisis de los humos:
C02 = 8 %
02 = 5,7 %
tión.
El diagrama de combustión (fig. 10) permite determinar el
exceso de aire de la combustión y la composición completa de
los humos secos, cuando se conocen por análisis las proporcio
nes de C02 y O2 de los productos de la combustión.
El punto representativo sobre el diagrama es el punto A.
Dicho punto está situado en la zona de combustión con exceso de
aire. Sobre el diagrama encontramos que el valor del exceso
de aire es 0,3, o sea 30 %.
Igualmente encontramos que:
tí* CO
H
C02 CO?
CO
C02
= 0,1 v
H2
y COa
= 0.08.
Por tanto, la composición completa de los humos en % en
volumen será:
C02=
02 =
CO =
H2 =
8
5,7
0,8
0,64
N2 = 84,86
100,00
.a
1.5.12.
Rendimiento de combustión
Se entiende por rendimiento de combustión la relación entre
la cantidad de calor cedida por la combustión, respecto a la can
tidad de calor suministrada por el combustible.
Proporción del gas
carbónico por cien
Se expresa por:
0
1
2
3
i
5
6
7
8
9
K) 11
12
13
H
15
16
17
Diagrama de combustio'n del gas natural.
Fig. 10.
10
19 20 21
Rc =
Calor suministrado — Calor arrastrado por los humos
Calor suministrado
_Q-q
Q
"^1
r-^
GAS NATURAL
30
PROPIEDADES
El calor suministrado es la cantidad de calor aportada por la
combustión, que comprende:
— lel calor latente del combustible, que en el caso de un gas
es su poder calorífico. Como en la combustión de gases el
tota,,. tanto mayor cuanto^o^eaT^^r
calor de condensación del vapor de agua no se recupera
en la práctica industrial, es corriente referir los cálculos
al poder calorífico inferior;
— el calor sensible del gas, si éste está precalentado; en la
práctica, los gases de poder calorífico elevado se utilizan
siempre a temperatura ambiente;
— el calor sensible del aire de combustión.
En el caso en que el aire y el gas se utilicen a la temperatura
prect^^atSrre ÍES?*
~ *^
«*
í* manera
m& Perfecta
posible, y que la t-™ '^ ai
chimenea^a lo máb%To2¿Vs*dec"™8 ?""*» a,a
diendo a, mfato" de calorZT ^m<nÍma P°S¡ble' ««•*«•
calor arrastrada ñor loTíT P°Slb,e- ,Es decir. Que la cantidad de
de calor sensilpo
empeatJra de",
*alexceso
mínim°
aire.
P lemPeratura
de los'T^^
humos y por
de
ambiente, se desprecian los calores sensibles correspondientes,
y se efectúan los cálculos tomados como temperatura de ori
gen 0 °C.
El rendimiento de combustión en los gases toma entonces
la forma:
P.C.I. — Calor de los humos
R, • =
P.C.I.
T>
\,
1.5.13.
¿^lat^t'sea
e,evad°'
posible a la cantidad de calor útU a
" aPr°XÍme
'° más
lor^oSTefhor
«tcTr-Tr^
*"*
de »
tibilidad
através Te ¡al™¿
. *?**? V"
d& Calor
P°r c0»duc
las pérdidas de rad!ación norl ?° yf""^0"68 deI h°™o.
Por
y)as pérdidas
de calor
horno.la temperatura de
dC t,feUra.S
'OS P'"du«<* elaborados
a la salida
del
Rendimiento propio del horno
Como la inmensa mayoría de las operaciones térmicas se rea
lizan dentro de un horno, se llama rendimiento propio del horno
a la relación de la cantidad de calor realmente utilizado o absor
15.14.
bido por el material tratado, es decir, el calor útil Q,„ respecto al
«£ clZTt c^X^t'aT
rcd:tLU„eenacCTCtón "J"
'<* P'°ddetoscombustión
**\^^
forma^°le
(caso
calor cedido por la combustión, la cual se expresa por:
R„ =
bus*» incompleta feon' £^5™ Cme ^ * C°m"
Q»
Q-q
Rendimiento total de la operación térmica
Es la relación del calor útil respecto al calor suministrado, y
se expresa por:
Q
Q,
O,
= Rn X Re
X
R,
O
dD¿8crbausd,lCOn,enÍd0 de Ca,0r de '<* Cuetos
O
de Z£Z£fZzÍZTTcaIorífico de ,os •«*«*»
™cos si „UD¡esen pX^í^bS^* ,os inc,uecaioXudei:/;~a0fde^rf
-epr?entar
ei de diagrama,
expresado éste ln MjT"^
baj° forma
es aquella cantidad de ca!Ór oue >* *VaCUación; el caI°r latente
inrerior del gas considerado
'^ * b P°tencia ca,°''í(¡<*
t
i
v-^j
•^j
PROPIEDADES
33
Dicho diagrama, trazado en coordenadas rectangulares, ex
presa enordenadas el porcentaje calorífico del PCI de los produc
tos de combustión y en abscisas el factor aire (por exceso o por
defecto) característico de la combustión.
Acada temperatura de los humos de combustión, correspon
de una recta que traduce, en función del factor aire, el contenido
calorífico porcentual de aquéllos.
Ala derecha del eje de ordenadas viene expresada la combus
tión completa con exceso de aire; a la izquierda del citado eje,
la combustión incompleta por falta de aire. Ambas regiones es
tán separadas por el eje de ordenadas que corresponde a la com
bustión completa sin exceso ni falta de aire.
Estando caracterizada la combustión incompleta, con o sin
exceso de aire, por el factor aire y por la relación entre el con
tenido de CO y de C02, este tipo de combustión acostumbra
a no respetarse en el diagrama, por motivos de simplicidad.
El diagrama indicado anteriormente (fig. 11) corresponde.al
de un gas natural de potencia calorífica superior á 9800
kcal/m3(n).
Fig. 11.— Diagrama de las pérdidas de calor por los productos
de combustión.
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*mm£
*-^|
^^
^
r^mg
3T
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t
CAPITULO
II
Consideraciones sobre el empleo
de gas natural
2.1. Aspecto global de la utilización del gas natural
El gas natural tiene un extenso campo de utilización, que
va desde el uso doméstico hasta el campo industrial, donde pue
de justificarse su aplicación en casi todas las ramas de la indus
tria.
Mundialmente, el mercado del gas se clasifica en «doméstico»
e «industrial». En algunos países se reconoce un tercer sector
denominado «comercial» o «colectivo», situado entre ambos.
El mercado doméstico incluye el gas usado para la cocina, la
calefacción y la produción de agua caliente. El mercado comer
cial comprende el uso del gas para la calefacción y producción de
agua caliente en establecimientos públicos, oficinas, talleres e
incluso en grandes edificios, así como en hoteles, restaurantes,
escuelas, piscinas, etc. A fines estadísticos, este mercado se
incluye normalmente junto con el «doméstico». Finalmente, el
mercado industrial es muy extenso y comprende desde su utiliza
ción en los sopletes de los talleres de joyería, hasta las grandes
siderurgias, industrias químicas y centrales térmicas de electri
cidad.
-
La tabla 1 muestra el mercado de gas (natural y manufactu
rado) de 18 países miembros de la I.G.U. (International Gas
Union), señalando el consumo por separado para la producción
de electricidad, aplicaciones domésticas y comerciales. Los datos
GAS NATURAL
36
37
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
se refieren al consumo del año 1973, excepto para Canadá y Ja
pón, que se refieren a 1971. Para cada aplicación, los datos están
expresados en Tcal (1012 calorías), porcentaje del total y Gcal/pob.,
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O
I S S ^ S i'í'H t.o. oo.t.^fiK') t».u\qq
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vo* o\ o w" m * -'O««¡o¡p\-;!^£r£S2líZ£
^XifCj-rt-roíN^-fS^rMoorO—•
— in m «-< ~*
o sea 109 calorías por habitante.
**•
*>~*
'2 a
Como puede apreciarse en los datos de la tabla 1, el consumo
de gas en U.S.A. y U.R.S.S. representa el 78 °/o del total de los
países considerados. Tomando el conjunto de dichos países, re
sulta que el 20,7 % del consumo corresponde a la producción de
energía eléctrica, el 46,5 % al sector industrial y el 32,8 % a los
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usos domésticos y comerciales.
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La tabla 2 detalla el gas vendido en 1973 para distintas apli
caciones industriales en los mismos países de la tabla 1, expre
sado en Tcal (millones de termias), así como en porcentaje del
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3
TABLA 2.— Ventas de gas en 1973 para distintas aplicaciones industriales
en los mercados de los 18 países de la tabla 1
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3
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_ S3 -
c4 ov oo t>- -^ oo t~íNio*o©ro©o\r-<s
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Mercado industrial
Tcal
Industrias no especificadas separadamente
Industrias químicas (excluido prod. combust.)
Industrias siderúrgicas y metalúrgicas
Industrias metalúrgicas (prod. no férricos)
382,857
650,844
588,965
486,825
388,694
183,048
63,792
62,171
21,431
3 828,627
—<oA©-*o>fQ^jr-Hf*}gj •^-^f-'l-m^i'OOON
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Productos minerales no metálicos
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r- -r r- o
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<¡q vo^ <t r-. ■♦.
c>í rí a >0 *t
Alimentos, cerveceras y tabaco
Madera, papel y derivados, imprenta y public.
r l —•
Textiles
Minas (excluyendo combustibles)
H\o<Or>-l>inO\HOi/1
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i o \ o oo m
,
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H^t o
h
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o\
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m
Total
36,1
17,0
15,4
12,7
10,1
4,8
1,7
1.6
0,6
100,0
oo
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3
6
tí
ja
<
—i
o
CJ)
tí
—1
3
Es indudable que el gas, debido a sus limitadas reservas, de
bería utilizarse preferentemente en aquellas aplicaciones especí
ficas en las que supone una gran ventaja en relación al uso de
otros combustibles. Sin embargo, los problemas de transporte y
distribución por tuberías obliga, a veces, a consumirlo en gran
des centros industriales de marcha continua y en centrales tér
micas, las cuales podrían utilizar otros combustibles a fin de
conseguir una c\plol;i<iñn económica de la distribución.
f_r^l
,r^f
,^-i
^-1
i
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
GAS NATURAL
38
C. Purkis, Presidente de la «Institution of Gas Engineers»
de Gran Bretaña, en el Congreso Internacional de Gas celebrado
en 1976 aconsejaba las siguientes preferencias en la utilización
del gas natural:
a)
En el caso de disponibilidad limitada de energía, el gas
debería utilizarse preferentemente en aquellas aplicacio
nes específicas para las cuales es más apropiado. En ge
neral, ello corresponde virtualmente al conjunto de usos
domésticos y comerciales y en los procesos industriales
especiales que necesitan contacto directo con la llama.
Solamente cuando estos mercados estén abastecidos, pue
de extenderse progresivamente su utilización a otras apli
caciones menos específicas, aunque económicamente in
teresantes, para, finalmente, utilizarlo en aplicaciones
donde otros combustibles menos nobles pueden emplear
se igualmente bien, teniendo en cuenta que dichas ventas
pueden ser necesarias para la economía de la explotación
y distribución. En la mayor parte del mundo, la relación
demanda/suministro requiere la venta de ciertas propor
ciones de gas en contratos interrumpibles. Naturalmente,
ello es un deseo de perfección; la elección del combusti
ble apropiado en cualquier momento puede ser estricta
mente limitada; las cargas de distribución tienen que ser
í(i
otra consideración.
el gas es el único elemento disponible.
d) En cualquier discusión sobre la utilización del gas, no
debe olvidarse al usuario. El ingeniero gasista no ha ter
minado su misión, tras conseguir la óptima eficiencia y
promover la conservación de energía, hasta que se ha
puesto en contacto y discutido el asunto con la persona
que debe utilizar el gas. Para aclarar la expresión «usos
específicos del gas», es decir, aquellos usos en que el
gas es insustituible o debe tener prioridad, la Comisión
de utilización de la IGU (International Gas Union) ha
señalado los siguientes:
— Usos donde los gases de combustión entran en contac
to directo con los productos elaborados.
a)
pan y pastas, hornos de grandes cocinas, hornos
b)
c)
«el gas natural debe convertirse en electricidad única
d)
mente cuando no puede utilizarse para otros fines, o en
e)
b) Así como existen utilizaciones de gas que tienen priori
dad, también hay sectores del mercado que deben aten
derse preferentemente, como la producción de energía
total o el aire acondicionado basado en el ciclo de ab
sorción.
Calentamiento directo del aire por el gas natural:
ventilación y calefacción de locales industriales,
torrefacción de café, cacao y nueces, cocción de
Ello nos lleva al uso del gas para producir electricidad.
La Comunidad Económica Europea ha recomendado que
casos de necesidades técnicas o económicas».
39
c) El concepto de; «eficiencia» en el uso del gas debe ser
interpretado conuna amplia base de sentido común. Aun
que la «eficiencia» debe, en general, fomentarse, otros
factores pueden ser comparables o incluso ser de mayor
importancia. Uno, es la selección de la óptima aplicación
del gas a una determinada situación; otro, es el proyec
to y economía de un sistema total de energía, en el cual
equilibradas; puede necesitarse una amortización más o
menos inmediata de las inversiones; deben conseguirse
contratos de suministro a largo plazo; emergencias na
cionales o prioridades pueden anteponerse a cualquier
i~i
industriales a fuego directo.
Decoración del vidrio y porcelana.
Secado en general: té y productos farmacéuticos,
productos agrícolas y de alimentación, tintas, pa
pel, cartones y pinturas.
Esmaltado a fuego directo.
Calentamiento de líquidos y fusión de aleaciones
ligeras por combustión en tubos sumergidos. Com
bustión sumergida directa: calentamiento de lí
quidos, fusión y concentración de productos quí
micos.
— Utilización del gas natural para producir atmósferas
controladas.
^H
40
GAS NATURAL
— Utilización exigiendo un control muy preciso de la
temperatura o de variaciones considerables de caudal.
a) Pulido y moldeado de vidrio.
41
Para múltiples aplicaciones, el rendimiento de combus
tión es superior al de otros combustibles, por permitir una
regulación perfecta y constante del exceso de aire para la
b)
c)
Soldadura automática.
Oxicorle.
d)
e)
Secado por infrarrojos.
Operaciones térmicas específicas:
— Los equipos y quemadores de gas son fáciles de limpiar y
— Calentamiento directo a la llama de matrices
— El contenido en azufre es muy bajo, y la combustión de
y moldes de fundición.
combustión, la cual puede reducirse al mínimo.
de conservar.
gas no da lugar a residuos, formación de humos negros,
— Esterilización a la llama de latas de conservas.
cenizas o escorias; el gas natural no contamina la atmós
— Calentamiento rápido por medio de quemado
res llamados de convección de piezas metá
fera.
licas.
— Temple superficial por caldeo directo de piezas
metálicas al soplete.
— Flameado y tostado de tejidos, torcidos, etc.
— Soldadura de plásticos.
— Oxicorte, soplete de orfebrería.
v
2.2.
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
"^
Ventajas del gas natural
Las principales ventajas de su empleo son las siguientes:
— El gas está disponible instantáneamente sin necesidad
—como ocurre con otros combustibles— de bombearlo,
— El gas natural puede utilizarse por sí mismo para obtener
una atmósfera inerte.
— Los gastos de mano de obra para la explotación y mante
nimiento de los hornos se reducen al mínimo.
— La calidad de los productos puede mejorarse notablemen
te al no existir peligro de reacciones químicas por la pre
sencia de azufre, polvo u oxidación por exceso de aire a
altas temperaturas.
— La productividad o la potencia de los hornos puede me
jorarse, en determinados casos, debido a la flexibilidad del
gas para adaptarse a una reducción del ciclo operativo.
— La combustión del gas puede cesar instantáneamente tan
calentarlo o pulverizarlo: no hace falta adquirirlo con
antelación, ni formar un stock de reserva para su empleo.
Ello libera a la industria de importantes inmovilizaciones.
El gas se paga al mes siguiente de haberlo consumido.
— El caudal de suministro de calor es regulable, en una ex
tensa gama de aplicaciones, con el simple accionamiento
de una válvula o una espita.
— La regulación automática es sencilla y precisa, mantenien
do constantemente la temperatura o la presión al variar
Las desventajas del gas natural afectan más al suministrador
que al consumidor, y provienen de la obligación del suministra
la carga. También puede obtenerse una determinada ley de
sario vender gas a los grandes consumidores industriales con
carga constante, aunque sea para usos que no se benefician de sus
calentamiento siguiendo un programa preestablecido.
— El calor puede aplicarse exactamente donde y cuando es
requerido.
pronto como cese la demanda de calor de los aparatos de
utilización, lo que le hace muy adecuado para cargas va
riables e intermitentes.
dor de mantener unas constantes de suministro, cualquiera que
sea la carga de los consumidores.
A fin de mantener un factor de carga elástico puede ser nece
ventajas específicas.
1
*=i
i
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
42
r*i
43
GAS NATURAL
2.3.
El problema del coste del combustible
Aparentemente, parece que el gas natural podría desplazar
en la industria a otros combustibles sólidos o líquidos única
mente cuando el precio de la termia (1000 kcal) resulte com
parable. Normalmente, el precio de la termia del gas es ligera
mente superior al de los otros combustibles. No obstante, cuando
la calidad del producto a fabricar es primordial, o cuando el cos
te del tratamiento térmico representa un bajo porcentaje en el
precio de coste del producto, tiene poca importancia el precio de
_ reducción de los gastos de mantenimiento yreposición de
los refractarios;
j
UA*A He los nroductos o disminución de re-
- S^pSSff£
522* «*•al fuego (ambien"
te neutro o reductor);
_ aumento de la potencia y productividad de los hornos;
_ gastos
de amortización de las ****™£¿^
miento, preparación ytransporte de los combustibles.
cuente desm.es de un estudio detallado
ypreciso del conc__..i„ una decisión
Solamente aespues ut u>
la termia de combustible.
Este caso se presenta en la fabricación de cerámica fina de
corada, porcelanas y aislantes eléctricos, en el recocido y deco
rado del vidrio, recocido brillante del acero, determinados trata
mientos térmicos del acero, fabricación de productos químicos,
cosmética y productos alimenticios como pastelería y pan, así
como en la producción de leche, café y huevos en polvo, etc.
En estos casos debe elegirse el combustible más puro y más
cómodo, aunque resulte más caro.
Otros procesos industriales exigen el uso específico del gas:
de la termia del gas resulte más elevado.
z>
2.4.
Consumo específico de gas en procesos
industriales
El consumo específico de gas se define por el consmnade g,
de una instalación industrial por unidad ut.l de producción
tratamiento a la llama de aceros, temple instantáneo, oxicorte,
(M. Kg. n.° piezas).
generación de gases inertes, calentamiento por rayos infrarrojos,
secado de papel, productos químicos y agrícolas, fusión de alea
ciones ligeras por tubos sumergidos, combustión sumergida,
con!*"encalentar el material procesado para <*"%££»
emociones físico-químicas deseadas, es decir, el nivel de tempe
^ZydeSormidad requeridos, en el tiempo mes corto posi-
industria textil, etc.
Finalmente, en los demás procesos térmicos industriales, la
elección del combustible no debe depender únicamente del precio
de la termia del combustible, sino que deberán tenerse en cuenta
otros factores, tales como:
— el precio del combustible por «termia útil», es decir, te
niendo en cuenta el rendimiento de la combustión y del
horno de tratamiento;
— posibilidad de recuperar el calor perdido por la chimenea,
prccalcnlando el aire y el gas;
— reducción de la mano de obra de manutención del com
bustible y de explotación de los hornos:
El requisito básico de todo proceso industrial utilizando gas
ble ycon el consumo mínimo de gas.
Ello implica que la combustión de gas yaire debe efectuarse
nk a utilizando los quemadores apropiados; que la plana u
en la proporción'conveniente para obtener una combustión^com-
Phmn;
e^ícual el proceso térmico ^^^^^2
lor de combustión de la manera más efectiva al material trataao
"minimtL pérdidas de calor externas; qu<= la '£«
de calor se efectúe de la manera más eficaz y en la forma mas
Íropiada (radiación, convección oconducción); finamente que
desoués del proceso, la mayor parte del calor posible sea recu
Íerado del material procesado yde ios productos de la combuslion.
r~m^
r*!**^
V
44
G/1S NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
Estas cuatro condiciones pueden resumirse como sigue:
— Uso de modernas técnicas, mayor control de la combus
tión, equipo de modernos quemadores y mejor utilización
de la planta.
45
de calentamiento de grandes piezas para forja, se consiguió una
disminución del 10 % de consumo de gas, incorporando un con
trol de la presión dentro del horno (Austria). En un horno de
crisoles de fusión de vidrio se consiguió una economía del 16 %,
—Aumento de la transmisión de calor de la planta y también
de productos tratados unitariamente.
- Reducción de las pérdidas de calor, especialmente por aisla
miento térmico de los aparatos y hornos en los que tiene
lugar el proceso, y recuperación de calor de los productos
de combustión y de los productos elaborados, mediante
regeneradores y recuperadores.
- Proyecto de instalación de aparatos o procesos especial
mente concebidos para el tratamiento térmico deseado, en
lugar de adaptar aparatos u hornos capaces de cumplir
üilcrenlcs requisitos en distintas operaciones.
mejorando y controlando las proporciones aire-gas de la com*
bustión (Alemania Federal).
Uso de quemadores apropiados
Aunque los tipos de quemadores han progresado mucho en
estos últimos años, encontrándose actualmente en el mercado
quemadores que cumplen los requerimientos específicos en cuan-,
to a combustión y forma y dimensiones de la llama, todavía se
utilizan hoy en día quemadores antiguos y poco' eficaces. Puede
conseguirse economizar combustible sustituyendo equipos anti
guos de quemadores por otros más apropiados. Pueden encon
trarse ejemplos de sustitución de quemadores que han producido
Vamos a analizar cada una de estas condiciones. $>
mejoras de rendimiento: en un horno de calentamiento de lingote
de aluminio se obtuvo un 50 % de reducción en el consumo de
gas (Gran Bretaña); una economía del 24 % se obtuvo por el
2.4.1. Aplicación de técnicas modernas
mismo motivo en un horno de crisoles para fusión de aleaciones
tradEo TTn°{
adeCU,ad° ^junto
'aS Pr°P°rcion^
^ aire-gas
suminisy
trado
a los quemadores,
con el control
de la presión
emperatura del horno, son esenciales. Aunque esas técnicas no
son nuevas yla importancia de las mismas es ampliamente rcZ
nouda no se aplican todavía suficientemente. Desde \uc«ti c|
conlrol apropiado de la combustión es, todavía, uno de los mé
micsl.a la exper.enc.a, la incorrecta proporción o variación de
ÍrT^l,ü"' ^ , aS CantÍdadGS dC gaS yde ai- ocasión da
"naciones cn |a carga cs (odavía ¡a causa
™,rssui1,ü,s Tcííicos-Pür c,,ü'dcbcn «**'«™ -cponcela
rrcct yi d.sponer
V ,US|,n"n(,S'
'*'ra —-'•
«I la combustión
es
de mecanismos
de reculación
de la me/ch
de aluminio (Alemania Federal); y se obtuvo una economía del
51 % en un horno para calentamiento de piezas de acero antes
de forja (Checoslovaquia).
Mantenimiento
La falta de mantenimiento o conservación es causa de que
plantas bien equipadas trabajen con un rendimiento inferior al
que sería de esperar. Un ejemplo típico se presenta en recupera
dores insuficientemente controlados, presentando pérdidas entre
los productos de combustión y el aire de combustión; bajo precalentamiento del aire yfalta de control en las proporciones airegas (Austria). También se encuentran bajos rendimientos por deIcclos en el cerré de las puertas, grietas en las paredes del hor
.as-ane, manteniendo constante ,, proporción par, l,s chTc en
'••'« variaciones cl« consu.no o de carga.
no, asi como por falla de tiro (Gran Bretaña)
En varios casos I,.- podido oonomizm••;»• más .l ? <<>..- ,,„ (.i
2.4.2. Incremento de la transmisión de calor
"istmio (l
• m.h! i. |.l !
.,,,|;.
..,.
,,; ,
,
Kl
El calor es transmitido n ln<- m-Hfi-í-di- ii-»|.,,|,
"...
r^-J
1
CONSWBRACONBS SOBRE EMPLEO DEL GAS
GAS NATURAL
46
recinto de la estructura o laboratorio del horno, mediante un
conjunto de radiación, convección y conducción. Incrementando
la transmisión de calor, disminuye, en general, el tiempo reque
rido para calentar y tratar los materiales sometidos al proceso.
Ello supone las siguientes ventajas:
• reducir el tiempo de permanencia a determinada tempera
tura puede evitar o reducir efectos indeseables en el proceso
de los materiales, como es la oxidación o la decarburacion
del acero;
o aumentar la uniformidad de temperatura dentro del horno, lo
que ocasiona una mejora en la calidad de los productos y
disminuye el rechazo, como, por ejemplo, en las industrias
cerámicas y fabricación de refractarios;
o la producción o potencia del proceso puede incrementarse,
lo que permite aumentar las amortizaciones o requerir me
nos espacio por unidad producida;
© el incremento de producción representa, normalmente, un
incremento en la aportación de calor a los materiales por uni
dad de tiempo, pero no necesariamente un incremento equi
valente de pérdidas de calor. Es decir: el consumo especifico
de gas mejora.
Rccirculación de gases ele combustión
Un método para incrementar la transmisión de calor a los
materiales consiste en aumentar la velocidad de circulación de
los gases alrededor de los materiales en tratamiento. Este mé
todo incrementa la transmisión de calor por convección, redu
ciendo el tiempo de elevación o permanencia a una determinada
temperatura y aumentando la producción o potencial del horno.
Dicha técnica también promueve una mejor distribución de la
temperatura durante el proceso y puede también ocasionar un
aumento de calidad y vina reducción de rechazos.
Una manera tradicional de aumentar la velocidad de circula
ción de los liases de combustión es el rec ¡ciado de lodo o parte
de los mismo-; -drededor de la cania, por medio d«- cuidadores.
j-
*^*"i
47
*n el uso de quemadores
Otra técniea más reciente radica n
^ üpo de
dor
del aire-gas *°*^**™£
La restringida cámara del quemado
ge efectua&una
la comvelo.
dequemadores
aÍta velocidad
^^¿*
™lapresión
b°Ca "
T
es de o^
P^f^a
«£no auna
adecuada,
tustión
produce una *^*XZ* del chorro del quema
cidad de 100 a200 m/s-™°f^clcvada rCcirculación dentro
dor se utiliza para promover una
deí recinto olaboratorio del horno^^
Un ejemplo de aplicación ~"s^ a; de aUa velocidad
madores3 convencionales ^ ^^J, V^
piezas de^forja.
Las
^ Uo
dimensiones
del ^^'X%U¿é*d queproducción
reemplazabande
225 m, con 34 quemadores de alta
otro; tantos quemadores^^^onsurZ específico de
Z un horno de calentamien opara ffan
piezas
continuó siendo --^^Succión ^que representa
gas se redujo de 65 nv/h a 5Cm^/n
ejemplos:
una economía del 23 * (A»*n£ ^emo crisol para ia fusión
una economía de un 41 %en un £*n
de bronce ymetal -Moncl. (Francrn).
de acero (Gran Bretaña).
^ ^ Mn 0/ en
miento ydisininu.
^
Esta técnica,
sin -dc»^
^^^
*»•ser«<*T
conseguir
una
mejora
^^^^s
pueden
muy ducondiciones operatonas, dichos que'
desarrollada.y el
dosos dada la alta intensidad de «omb
^ nQ
alto omedio nivel de ^^c.» ^ ^ quemadores, debe
es una característica del ™¿£ £j™tee\ posibilidad de
tcnerSe
^J
^^K
su aplicación
a un procc.
^ ^ ^
dores de calor, «lefa^
,„ combustión
Aunque la mayoría de me o^cn
y> especi ,.
la carga se obtienen P°^"^°"Ua velocidad, pueden obmente, por el uso de ^ma^8 ^ consumo especifico de
tenerse mejoras muy impo, tan^
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gas suprimiendo barreras nnc^i»».
& siendo d
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II
U
"^"l
,*°m*Q . /^Tj
^^l
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
48
49
GAS NATURAL
Como ejemplo de las ventajas de la sustitución de ladrillos re
directa en gran número de aplicaciones. Por ejemplo: en los hor
nos de cocción y decorado de productos cerámicos, en el esmal
tado de piezas metálicas, en el recocido y decoración de vidrio
fractarios por fibras cerámicas aislantes, podemos citar un horno
en las «arcas», en el calentamiento directo del aire, en el secado
terial. El horno con los ladrillos refractarios disponía de 12 que
y preparación de productos agrícolas e industriales, en el calen
tamiento por combustión sumergida, etc.
madores a plena potencia y necesitaba 15 h para alcanzar la tem
peratura necesaria. Después de la sustitución del revestimiento,
con solamente 10 quemadores a 2/3 de la potencia, empleaba
También la importancia de la temperatura entre el medio ca
lefactor y el material procesado puede mejorar sensiblemente el
consumo específico. Se obtuvo una mejora de un 29 % en el seca
do de papel por rayos infrarrojos, incrementando la temperatu
ra de la superficie radiante de los paneles de 800 a 1 100 °C (Ho
intermitente de 3 m X 4,5 m de sección para recocer piezas de
acero y para normalización, destruyendo las tensiones en el ma
solamente 5 h en alcanzar la misma temperatura (USA). La eco
nomía térmica conseguida con la modificación equivalía a una
mejora, en el consumo específico de gas, del 82 %.
El aislamiento térmico de hornos no es ninguna novedad téc
nica, pero la disponibilidad en el mercado de nuevos materiales
landa).
Están siendo estudiadas otras técnicas para incrementar la
transmisión de calor, como por ejemplo el uso de combustión
pulsada en la industria cerámica (Holanda); la combustión en
el lecho fluidificado para la calcinación del yeso, utilizando un
tipo de quemador de combustión sumergida (Gran Bretaña).
.O
2.4.3. Prevención y recuperación de calores perdidos
Probablemente, la manera más práctica de mejorar la efica
cia de una planta u horno y el consumo específico de gas, es la
máxima recuperación posible del calor suministrado y que no se
utiliza expresamente en el material tratado. Estas pérdidas se
presentan a través de la estructura misma del horno, como calor
arrastrado fuera del mismo por los materiales descargados y,
principalmente, por el calor contenido en los productos de com
aislantes, más eficaces y con nuevas propiedades, permite me
jorar el consumo específico de gas, adoptándolo convenientemen
te en hornos ya existentes.
Recuperación de la carga térmica
La extracción y reciclado del calor contenido en el material
tratado, es general y tradicionalmente empleado en procesos de
tipo continuo para precalentar el aire frío de combustión o para
el secado de materiales tratados separadamente. Un ejemplo tí
pico se encuentra en el secado, antes de la cocción, de ladrillos y
productos cerámicos, utilizando el calor tomado del horno; en
el secado, el material cocido está sometido a un proceso de en
friamiento. Ese calor, arrastrado por el aire o por gases de com
bustión, es transferido mediante ventiladores y conductos a la
cámara adjunta de secado.
bustión que se evacúan del horno.
Recuperación de calor de productos de combustión
Aislamiento
La sustitución de ladrillos refractarios por ladrillos aislantes
y, recientemente, el empleo de aislantes ligeros o fibras cerámi
cas aislantes, es uno de los medios más eficaces para evitar pér
didas de calor debido a la estructura del horno o aparato térmi
co y por sus fundaciones, reduciendo el calor transmitido a la
atmósfera por las paredes y bóvedas, así como reduciendo la
masa térmica de las mismas. El primero tiene más importancia
en procesos continuos y el segundo en procesos intermitentes.
Hay dos métodos tradicionales para la recuperación de calor
de los gases de combustión. El primero es el proceso continuo,
donde los materiales a tratar se secan o precalientan a la salida
de los gases: por ejemplo, en los hornos de empuje para calen
tamiento de tochos de acero. El segundo método consiste en el
uso de regeneradores de inversión o recuperadores continuos,
donde se precalienta el aire de combustión y, a veces, el gas na
tural, a expensas de los productos de combustión antes de lanzar-
!
50
GAS NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
51
los a la atmósfera, con lo que parte de los calores perdidos se
reincorporan al proceso.
Debido a que el gas natural está normalmente exento de azu
fre no se crean problemas de corrosión con la condensación de
productos de combustión cuando éstos se enfrían por debajo del
punto de rocío en los recuperadores. Con la combustión del gas
natural es posible obtener temperaturas bajas de evacuación de
humos, sin crear dificultades o problemas.
La recuperación de calores perdidos de los producios de com
bustión es, probablemente, la fuente principal de mejoras del
consumo específico de gas; a título indicativo debe indicarse que
a una temperatura de salida de los gases del laboratorio del hor
no de 1000 °C. conteniendo un 10 "í. de exceso de aire, se pierde
el 50 % del calor desarrollado.
Pero se pueden obtener además otras ventajas: calentando
rador de calor, precalcntando el aire de la combustión. El resul
tado de esas modificaciones fueron un incremento de producción
de 4 a 10 t/h y una mejora del consumo específico de 4,4 a 3,4/3,8
MJ/kg. Además, las pérdidas al fuego por oxidación se redujeron
sensiblemente (Alemania Federal).
Otros importantes resultados en la recuperación de calores
perdidos en los humos, se han conseguido con el empleo de tubos
radiantes para procesamiento de materiales, y con los que
madores recuperativos de alta velocidad, en los que los hu
mos prccalienlan el aire de combustión en el mismo quemador.
Ejemplos de mejoras por el empleo de este tipo de quemadores
se tienen en hornos intermitentes para la cocción de cerámica,
con una economía de 32 % en el consumo de gas; en un horno
de crisoles para fusión de aleaciones de aluminio, la economía
fue del 30-60 °-b.
el acero con gas natural, empleando como aire comburente sola
mente el 50 % del requerido por la combustión eslequiométrica,
la oxidación de la superficie y producción de cascarilla puede re
ducirse o eliminarse completamente (ambiente reductor), pucliendo proporcionar grandes benclicios, especialmente cuando se tra
tan aceros especiales costosos. En este caso se presentan, sin
embargo, dos problemas:
• el 50 °ü de aire de combustión eslequiométrica no permite
alcanzar las altas temperaturas requeridas pata los procesos
térmicos de laminación, Forja, estampado, etc.;
el rendimiento térmico por inquemado es muy bajo.
Sin embargo, si se precalienla el aire de combustión y el gas
a unos 600 °C, y si los gases inquemados que se evacúan del horno
se terminan de quemar antes ele introducirlos en el recuperador,
se resuelven ambos problemas. Es decir, se evita la oxidación del
acero y se obtiene un excelente consumo específico de gas.
Un ejemplo de esta técnica se ha aplicado a un horno rotativo
de 1.5 m de- diámetro para tratamiento de aceros de alia calidad,
modificando ligeramente la estructura del homo y quemando los
gases inquemados obtenidos en la combustión en el ¡ionio del gas
natural con el 50 ",. del aire teórico, antes de entrar en im recupe-
2.4.4.
Procesos y hornos especialmente concebidos para
empleo de gas
Evidentemente, los aparatos y hornos proyectados para el
uso de gas como combustible, utilizados únicamente para las ope
raciones para las que fueron concebidos, automatizados al má
ximo y compatibles con el proceso, presentan mejoras en el con
sumo específico de gas si las comparamos con las tradicionales
técnicas de caldeo.
Un ejemplo típico son los hornos de cocción de cerámica sa
nitaria construidos especialmente para dicha operación térmica
utilizando gas natural. Un horno túnel de 120 m de longitud,
3 m de ancho y 3,5 m de alto, con la carga progresando en vago
netas, con solera revestida de refractario, fue sustituido por va
rios pequeños hornos túnel de 35 m de largo, 2 m de ancho y
1,5 m de alto, calentados directamente por gas natural, donde
los materiales progresan empujados en placas fijadas en el horno.
La producción por horno se redujo de 960 kii/h a 205 kg/h, pero
el consumo específico de gas pasó de I 926 a I 600 kcal/kg.
En la medida que se emplean mejor o peor las cuatro con
diciones que acabamos de examinar, el consumo específico de
gas o de calor por tonelada de producto tratado, será menor o
mayor.
52
GAS NATURAL
CONSIDERACIONES SOBRE EMPLEO DEL GAS
Consumos específicos de gas
Industria / Proceso / Horno / Planla
Atitulo onentativo, en la tabla anterior se indican los consu
kcal/kg
Fusión / Homo reverbero
Sinterización
Calentamiento lingote / Carga fría
.
Carga caliente
Ca untamiento palanquilla /Continuo/Homo empuj.
rorja / Horno de cámara
Horno rotativo
Calentamiento extremo barras
Carburación / Baño sales
Normalización / Continuo
Temple
Esmaltado/ Continuo
2.
Aluminio
Fusión / Crisoles
Moldeo / Crisoles
Extrusión/Tratamiento a la llama
3.
,
Fusión
Moldeado/ Empuje
Zinc
Galvanización
5.
Cerámica
Ladrillos/ IloITmann
Horno túnel
Gres / Horno túnel
6.
30
400 -
660
210360-
250
450
800 - I 300
400575-
800
760
290335480-
550
400
710
190-
950
960-1400
290- 330
550-1 100
840- 1 100
190- 330
290-
550
380310-
480
450
480 - 1 800
1 500 - 2 400
2 400 - 3 800
Crisoles
Recocido
70-
120
Cemento
Horno rotativo/Vía seca
Vía húmeda
800- 900
100-1 600
8. Cal y yeso
Horno' vertical
Horno rotativo
Calcinación yeso
9.
1 100-1 150
1 250 - 1 300
190- 350
Secadt)
Por pulverización de líquidos
Secado arenas de Fundición / Tambor rotativo
10. Alimentación
Cocción de pan
Cocción de pastelería
Tostado de café
Las grandes diferencias en los consumos en una misma ope
ración, dependen, además de cómo se cumplen las cuatro condi
ciones citadas, de ios factores siguiente:
•
050-1 400
50100
285240 -
290
500
290 -
400
Calidad de la primera materia.
• Diferencia de calidad de los productos terminados.
• Tamaño y tipo del horno o planta.
•
Vidrio
Fusión / Balsa
7.
tratado) de las principales industrias, según proceso, tipo de
880-1 240
Cobre
4.
mos específicos de gas (expresados en kcal por kg de producto
horno o planta.
1. Hierro y acero
,, .
53
Carga de la planta.
i
mm
—*
CAPITULO III
Distribución, equipos y redes
3.1.
Distribución de gas natural
La distribución de gas natural desde los centros de produc
ción: pozos de extracción o plantas de regasificación, hasta los
diferentes centros de consumo, requiere la instalación de una
red de tuberías, tendidas bajo tierra, que lo transporte hasta las
distintas regiones y lo distribuya después en cada región hasta
los puntos de consumo.
En Europa existe en cada país una extensa red de tuberías
de transporte o gasoductos; interconectados entre sí de forma
que el gas natural de los yacimientos de Holanda en el mar del
Norte puede llegar hasta todos los países de Europa Occidental
(excepto España y Portugal). Igualmente, dichos países están
interconectados con los yacimientos de gas natural de la URSS,
de Sibcria, a través de Checoslovaquia, Austria, etc.
En España, donde Catalana de Gas y Electricidad, S. A., con
su filial Gas Natural S. A., fue la «pionera» en la distribución de
gas natural, se recibe éste del extranjero (principalmente de Li
bia y Argelia), en forma líquida a 160° bajo cero, transportado
en barcos metancros hasta la planta de almacenamiento y rega
sificación que se estableció en el puerto franco de Barcelona,
desde donde, por medio de tuberías, se distribuye a toda la zona
comprendida en un radio aproximado de 50 km a partir de la
planta.
TI
rs=*t
^
r—1
—*|
DISTRIBUCIÓN'*EQUÍPOS Y REDES
GAS NATI/KAZ,
56
La Empresa Nacional de Gas, S. A. (ENAGAS), que se cons
tituyó en España para la gasificación del país, mediante el ten
dido de una red nacional de transporte de gas, adquirió a Gas
Natural, S. A., su planta de regasificación de Barcelona y llevó
a cabo el proyecto de transporte de gas natural hasta Valencia
por una parte y hasta San Sebastián-Irún y Bilbao por otra. El
gasoducto del Norte que deriva del de Levante en Tivisa (provin
cia de Tarragona), remonta paralelo al río Ebro pasando por
Zaragoza, Tudela y Vitoria para bifurcarse más adelante en dos
ramales: uno que terminaría de momento en Bilbao, con posibi
lidad de extensión, y otro que, pasando por San Sebastián, ter
minaría en Irún para su posible conexión con la red internacional
57
Las redes regionales o secundarias están alimentadas median
te «arterias» y estaciones reguladoras de presión, que reducen la
presión de transporte a límites más bajos (normalmente 25
kg/cm2) y distribuyen el gas a la red de distribución regional, de
donde derivan, mediante nuevas estaciones reductoras, los ramales
a las distintas poblaciones para usos domésticos y comerciales,
así como a las distintas industrias.
Cada centro de consumo, alimentado por la red regional, re
cibe el gas natural a la presión variable de distribución y la re-
europea.
ENAGAS tiene también solicitada concesión administrativa
oltapreiión |
y está en fase de construcción el gasoducto de transporte desde
• media presión
I
Burgos hasta Valladolid y Madrid con antenas en las provincias
de Palencia, Segovia, Toledo, Guadalajara. Igualmente ha conec
tado con los yacimientos de gas descubiertos en Serrablo (Huesca)
'
.ESTACIÓN DE REGULACIÓN
y en el golfo de Vizcaya, así como con los que puedan descubrirse
PUNTO
DE CONSUMO
&
en el futuro y que sean explotables económicamente.
En cada región, una serie de arterias derivadas de la red de
transporte o gasoducto, distribuirá mediante redes secundarias,
regionales, provinciales o locales, el gas hasta las poblaciones, po
lígonos y centros industriales para alcanzar los puntos de consu
mo de forma similar a como se distribuye la energía eléctrica.
Compele a las empresas privadas la construcción y explotación
REO DE DISTRIBUCIÓN
RAMAL DE ABONADO
de dichas redes secundarias. Únicamente en defecto de la inicia
RED DE TRANSPORTE
tiva privada o si el Gobierno apreciase la existencia de un interés
nacional, podría ENAGAS realizar tales operaciones.
^EST ACIÓN
REGULADORA DE USUARIO
La red de transportes, construida de acucíelo con técnicas nor
malizadas para este tipo de instalaciones, tales como la de la Ame
rican Standard Association (ASA) o del American Petroleum Ins
tituí (API), trabaja a presiones elevadas (hasta 70 kg/cm2), y
transporta cantidades importantes de gas en tuberías cuyos diá
metros son función de los caudales de fluido transportado. Una
serie de estaciones de recompresión, estratégicamente colocadas,
elevan la presión sistemáticamente para compensar las pérdidas
de carga del transporte.
PLANTA
RED INTERNA DE DISTRIBUCIÓN
EN INSTALACIÓN DEL USUARIO
Fig. 12.— Esquema de las redes de transporte de gas, arterias, redes de
distribución v redes internas del usuario.
¿
"*™f
GAS NATURAL
58
duce a un valor constante propio para la alimentación de una
red interna, hasta los distintos puntos de consumo que, a su vez,
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
están equipados con sus órganos de regulación, seguridad, que
madores y accesorios. El conjunto de equipos e instalaciones,
montados sobre la superficie del terreno, y conectados por un
lado a las arterias y por el otro a la red interna de la industria
Categoría de la
Presión suministro
Características
instalación
(bar)
mínimas
59
o centro de consumo, se denomina «estación receptora de gas».
En la fig. 12 están representadas esquemáticamente la planta
de regasificación de gas, la del transporte, las arterias de alimen
Media presión A
(MPA)
0,05 a 0,4
PN6
Media presión B
0,4 a 4
PN10
tación de las redes de distribución secundarias, provinciales o
(MPB)
regionales, mediante estaciones de regulación, de cuya distribu
Alta presión I
hasta 16
PN 25 o ANSÍ 150
Alta presión II
> 16 hasta 45
PN 64 o ANSÍ 300
ción derivan las distintas antenas para alimentar una población
o polígono industrial. Toda población o industria irá provista a
su entrada de una estación receptora. A la salida de la misma,
una red interna de distribución conducirá el gas hasta los pun
tos de consumo.
Cada categoría se clasifica a su vez según los caudales nomi
nales de gas Nm3/h m:
3.2.
Caudal ^
Estaciones receptoras
Las «estaciones receptoras», denominadas así para distinguir
las de las «estaciones reguladoras» de las arterias que alimentan
las redes regionales de distribución y de los «grupos de regula
ción» que alimentan los quemadores, constan de una serie de
instalaciones y equipos situados al aire libre o en locales cerra
dos independientes que, respetando normas prefijadas de seguri
dad y eficiencia, tanto en su disposición como en calidad de ma
teriales y características de los mismos, filtran el gas natural reci
bido de la red de distribución, lo calientan (si es necesario) para
150 Nm3/h
>
150 Nm3/h <3 000 Nm3/h
^3 000 Nm3/h
Existen distintas normas en varios países sobre la constitu
ción de las estaciones compresoras.
En España recomendamos las establecidas por la Empresa
Nacional de Gas (ENAGAS).
En general, la composición de las estaciones receptoras se
ajustan a los esquemas generales de las figs. 13 y 14, según que
correspondan a estaciones de servicio interruptible o de servicio
compensar el enfriamiento producido en la expansión en el regu
lador de presión, reducen su presión en dicho regulador, y lo
continuo, adecuándolas a las necesidades de cada usuario.
miden inmediatamente después, en condiciones fijas de presión
Estos esquemas se simplifican suprimiendo algún elemento
según la categoría de la estación y los caudales que circulan
y temperatura.
Las estaciones receptoras se clasifican según la presión sumi
nistrada y según sus caudales.
Según sus presiones se clasifican en las siguientes catego
rías:
por ellas.
Esencialmente las estaciones de servicio interruptible están
constituidas por una sola línea de regulación, con válvula lami
nar de bipaso y las de servicio continuo por una doble línea en
paralelo, ambas de la misma capacidad, figurando la segunda
como reserva. En algunos casos, la segunda línea se deja siem
pre abierta y se tara a una presión ligeramente inferior a la pri-
©®
©<p® © © © ®@©
© 0 ® ©®1
©
®
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
IIV
"H^hnHX>líJV^HI
<sr i
1
t
\h®(
j.
WfWIhi
(A) distancia mínima 20 D
(B) distancia mínima 10 D
Fig. 13. — Esquema de las estaciones receptoras de gas de alta presión
y servicio interruptible. •
1.
2.
3.
Válvula de accionamiento.
Junta dieléctrica.
Manómetro.
16.
17.
18.
probación.
19. Registrador gráfico de presión
4.
Válvulas de cierre.
5.
Filtros.
6.
Válvulas de cierre.
7.
Manómetro diferencial.
8. Válvula de seguridad de máx.
y mín.
Piloto o monitor de mando del
11. Válvula de purga de presión.
12. Válvula de seguridad de resorte.
26.
Manómetro.
Termómetros.
Contador.
22. Válvula de by-pas contador
(precintada).
23.
25.
13. Válvulas de laminación.
Válvulas de cierre.
Válvula de cierre.
Manómetro a tres vías de com
v temperatura.
20.
21.
regulador.
10. Regulador de presión.
14.
piloto); válvula de escape o alivio (segunda seguridad de máxi
ma); y, finalmente, contador. Las líneas estarán provistas de dos
juntas dieléctricas, una a la entrada y otra a la salida para aislar
eléctricamente la estación receptora del resto de tuberías; una
toma de tierra, un conjunto de válvulas de bipaso y de cierre, y
conjunto de manómetros y termómetros.
Tanto en el caso de línea única como en^e>de*doble línea en
paralelo, el contador será único, permitiendo- el contaje tanto de
una línea como de la de reserva. Un bipaso precintado por la
compañía distribuidora de gas, y una brida ciega, permitirán,
en caso de bloqueo del contador por avería, romper el precinto,
retirar la brida y dar paso al gas por el bipaso, avisando a la
compañía del incidente.
Diafragma para medición de
volumen inst. (comprobador).
27. Escape a la atmósfera.
28. Intercambiador de presión.
presión al cierre.
En el proyecto de las estaciones receptoras, se deberá te
ner en cuenta los siguientes extremos:
• presión mínima del gas suministrado;
• presión máxima del gas suministrado;
• pérdidas de carga en tuberías y elementos que integran la ins
1
(»)(S)(»)rr) © (i> (S)ra)<íi)
talación;
/-N
(*> (3) (ís) (S)(3)
Iii'
—XH
frías, siendo obligatorio en las estaciones de la categoría II);
válvula de seguridad de máxima y mínima presión (incorporada
Válvula de cierre final.
Puesta a tierra.
15. Válvula de seguridad de sobre-
Q(J)0)G) 0
Cada línea constará de: uno o dos filtros (para permitir su
limpieza sin interrumpir el filtrado); cambiadores de calor (sólo
necesario para reducir la presión en más de 10 bar y en zonas
o no al regulador), regulador de presión (con o sin monitor o
é © ©
9.
61
(h)(h)
(3) (?)
JY^f\ ^^ÍHI-ir-IXlHá^^^^^-1^: íp ±í r, i ,
• salto de presión (AP) disponible en la línea de regulación;
•
presión de utilización;
• caudales horarios de gas.
Estos extremos determinarán la capacidad y tipo de todos
los aparatos.
A la entrada del ramal de abonado al límite de la propiedad
se situará una válvula de seccionamiento de apertura y cierre
rápidos, a la que tendrá acceso la Empresa suministradora de
-b
w
^-HErjIEQ
gas. Junto a la estación receptora del usuario se coloca otra vál
vula de cierre rápido (válvula de bola), a distancia conveniente de
dicha estación, de forma que, caso de siniestro en la misma, pue
da maniobrarse sin peligro.
62
GAS NATURAL
3.3.
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Equipos de aparatos y valvulería
63
Como hemos visto en los esquemas anteriores, las estaciones
receptoras están compuestas de una serie de aparatos y válvulas,
cuyas características vamos a describir someramente:
Cartucho
Intercambiable
3.3.1.
Filtros
El filtro tiene por objeto retener el polvo, agua, aceite o im
purezas de arrastre transportadas por el gas en las tuberías, de
forma que no sólo retenga las partículas más pequeñas, sino que
Salida,
lo haga provocando una pérdida de carga aceptable. El liltro se
Entrada
gas
coloca a la entrada de la estación receptora y antes de los regu
ladores. Es uno de los elementos básicos de la instalación, que
Entrada gas"
evita el depósito de polvo o impurezas en los asientos de las
gas
rt^
Grifo de purgs
válvulas, en los obturadores de los reguladores, y también en los
inyectores de los aparatos de utilización.
Los filtros de las estaciones receptoras, que trabajan a la
presión de la red de alimentación, son siempre cilindros con el
elemento filtrante en forma de «cariucho». El cuerpo exterior
del filtro está formado por un cilindro de acero, provisto de las
tuberías de entrada y salida de gas. de una tapa o registro que
permita sacar el cartucho filtrante fuera del mismo para su lim
Anillos -Raschig"
pieza y de un grifo de purga (y de descompresión) para extraer
Fig. 15. —Ejemplo de diferentes tipos de filtros utilizados
la posible agua de condensación. El cartucho filtrante propia
mente dicho está constituido por un cilindro de chapa perforada
cu Jas instalaciones de gas natural.
alrededor del cual se adapta exteriormente el material íiltrante
formado por un filtro o libra sintética. Los filtros deben estar
equipados con un dispositivo de manómetro diferencial entre la
El calibre del filtro se determina por el tipo de gas, por la pre
sión de servicio máxima y mínima, por el caudafmáximo a fil
trar, por la pérdida de carga admisible y por el tamaño de las
entrada y salida de gas, que permita controlar la pérdida de car
ga. El gas penetra en el filtro entre el cuerpo exterior y el cartu
cho íiltrante, y sale por el centro del mismo después de filtrado
(véase lig. 15). El elemento filtrante debe de tener una capacidad
partículas de impurezas.
El filtro debe cumplir los requisitos específicos en el Regla
mento de recipientes a presión, y debe estar provisto de la placa
de timbrado por las Delegaciones Provinciales de Industria.
mínima de 2 era2 por cada Nm3 de capacidad horaria de la línea.
El filtro debe retener, en función de la granulometría de las im
purezas:
polvo:
98 % hasta 5 mieras,
agua:
100% hasta 20 mieras.
I
3.3.2.
Válvulas de cierre
Las válvulas son siempre elementos imprescindibles de toda
instalación, ya que afectan a la manutención, entretenimiento v
reparación de eventuales averías.
•--=1
"1
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Su misión es la de aislamiento de los aparatos o de la regula
ción manual. Las cualidades que se exigen a las válvulas son:
Las válvulas de macho cónico tienen un ¡difícil ajuste para
altas presiones, debiéndose conseguir la estanquidad introdu
ciendo por el tornillo de alimentación grasas consistentes a pre
64
•
•
cierre estanco (interno y externo);
apertura o cierre suave y, en algunos casos, rápida (un cuarto
de vuelta);
entretenimiento mínimo;
resistencia al desgaste mecánico y químico;
resistencia a la presión de servicio.
65
sión que, poco a poco, penetran por arrastre en la canalización.
Su apertura y cierre es suave y rápido.
Las válvulas de laminación tienen por objeto regular un cau
dal de gas o su presión por estrangulación del paso del gas, y
están concebidas para obtener una obturación progresiva. Su
presión normal de servicio está comprendida entre 10 y 70 bar.
Todas las válvulas de las estaciones receptoras deben ser de
acero, admitiéndose tan sólo válvulas de fundición, en determi
nadas condiciones, en la zona de baja presión. Sus diámetros
deben corresponder a los de las tuberías o aparatos a las que van
unidas, y sus presiones nominales de servicio deben correspon
der a las de trabajo máximo.
Las válvulas podrán ser:
válvulas de compuerta;
válvulas de mariposa;
válvulas de bola;
válvulas de macho cónico;
válvulas de laminación.
No vamos a describir dichos tipos de válvulas, ya que son su
ficientemente conocidas por el lector. No obstante, señalaremos
alguna de sus peculiaridades.
Las válvulas de compuerta resultan de tamaño considerable y
de maniobra lenta. Es difícil conseguir una buena estanquidad,
a la larga, tanto en la cuña de cierre, como en su eje, cuya esto
pada debe apretarse periódicamente y cuyo husillo roscado debe
engrasarse para evitar oxidaciones y agarrotamientos.
Las válvulas esféricas de mariposa y las de bola permiten
obtener una sección de paso igual a la de la tubería y, por tanto,
una pérdida de carga prácticamente nula; su tamaño es reduci
do, y el par de maniobra, débil; el cierre y apertura son rápidos,
por un cuarto de vuelta, y su mantenimiento es prácticamente
nulo.
3.3.2.1. Elementos a tener en cuenta para la elección y montaje
de una válvula
El instalador o el utilizador que consulta a un fabricante de
válvulas, debe tener en cuenta los siguientes parámetros para
su elección:
a)
naturaleza del gas;
b)
c)
presión máxima de servicio;
diámetro nominal;
d) pérdida de carga interna a plena abertura;
e) sistema de empalme a las tuberías (roscado, bridas);
f) dispositivo de maniobra de la válvula (volante cuadrado);
g) condiciones de instalación y posibilidades de manteni
miento (riesgo de bloqueo de su accionamiento por el
hielo, engrase de las válvulas de mando giratorias lubri
ficadas, sistema de estanquidad hacia el exterior, prensaestopas, junta tórica, etc.).
En general, en una instalación interior industrial se puede
limitar a elegir una válvula del mismo diámetro nominal que el
de la canalización donde debe colocarse.
Sin embargo, conociendo la pérdida de carga interna, se pue
de, en ciertos casos, escoger un calibre de paso inferior al diá
metro nominal de las tuberías. Esta solución puede aplicarse a
las tuberías de gas a media presión (por ejemplo, a partir de un
bar), que, dado el elevado precio actual de las buenas válvulas,
puede resultar económicamente justificado.
r-^1
-^=g
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
66
67
Generalmente, los fabricantes de válvulas pueden indicar la
pérdida de carga de la misma en su equivalencia expresada en
Cabeza de disparo
metros lineales de la tubería del mismo diámetro nominal.
Las válvulas deben instalarse en lugares no peligrosos para
su maniobra, fácilmente accesibles y con espacio suficiente para
su accionamiento o desmontaje eventual.
Enclavamiento del
fr j] j¿^ """"" contrapeso
ijaL^-*
^ Contrapeso
Cuando en el cuerpo de la válvula figura una flecha indican
do el sentido de circulación del gas, debe respetarse ésta en su
montaje.
En una válvula de asiento (aun en caso de ausencia de flecha),
debe montarse de forma que el sistema de estanquidad hacia
el exterior (prensaestopa, junta tórica, etc.) no quede en presión
cuando la válvula está cerrada; es decir, que en posición de cierre,
comunique con la salida y no con la entrada.
-
J
Palanca de rearme
, Sentido de basculación
de contrapeso
en posición de
válvula abierta
del contrapeso
Sentido de basculación
de la palanca
Vastago de enganche
Eje solidario de la
palanca de rearme
y del vastago de
enganche arrastrando
El sentido normal de cierre de las válvulas es el de las agujas
del reloj. Debe evitarse absolutamente la utilización de válvulas
que no respondan a esas condiciones. En cualquier caso, deberán
respetarse las informaciones e instrucciones del fabricante.
Las válvulas pueden ser accionadas automáticamente en lugar
de a mano, y su accionamiento puede ser eléctrico (electromag
nético o motorizado), hidráulico o neumático.
Dichas válvulas son del tipo de cierre a falta de energía
el obturador batiente
Disco de control
Obturador batiente
solidario del
contrapeso
en posición abierto
Palanca de rearme
Cuerpo
en posición cerrada
Fig. 16.— Válvula de seguridad.
(eléctrica o fluido de mando).
En función de la naturaleza de los aparatos de utilización
colocados detrás, se puede admitir o no después del cierre por
falta de energía de mando, la reapertura automática cuando
vuelve dicha energía (caso de cortes de corriente).
3.3.3.
Válvulas de seguridad
En muchos reguladores de presión estas válvulas están incor
poradas a los mismos. Deben ser perfectamente estancas en po
sición desarmada, y su precisión de funcionamiento en el desar
me debe ser inferior a ± 2 %.
Como doble seguridad, para caso de anormal funcionamien
to del regulador de presión (oscilaciones, rotura de membra
na, etc.) se coloca a la salida del mismo una válvula de seguridad
de resorte —parecida a las válvulas de seguridad de los genera
Son válvulas interceptadoras automáticas, de rearme manual,
de máxima y mínima presión a la salida del regulador, situadas
antes de éste, y que garantizan el cierre en caso de sobrepresión
o de presión insuficiente. Un obturador, accionado por un brazo
a través de un mecanismo de contrapeso, cierra el paso del gas
cuando la presión en la cámara del piloto del regulador, tarado
el exceso de presión. Dichas válvulas deben poder permitir la des
carga del 100 % del caudal total de la instalación. Apertura to
tal, asegurada para un 20 °/o de sobrepresión. Cierre, a un 90 %
para presión máxima y mínima, alcanza dichos valores (fig. 16).
de la presión de abertura.
dores de vapor— que deja escapar a la atmósfera, mediante un
tubo de descarga que sobresale del techo de la estación receptora,
1
r~~~=l
=1
GAS NATURAL
68
3.3.4.
Reductores. Reguladores de presión
Los «reductores» de presión son aparatos que reducen la pre
sión de gas P a la entrada del aparato, a una presión P' inferior
a la salida del mismo. Ello es debido a la pérdida de carga creada
por la corriente gaseosa, al hacerla pasar por un orificio de
sección S inferior a la del paso de gas a la entrada y salida del
DISTRIBUCION, EQUIPOS Y REDES
69
bería de entrada o salida del aparato, según se quiera mantener
constante la presión de entrada o la de salida del mismo.
Cualquier variación de presión que se produzca en esos pun
tos hará subir o bajar la membrana, que por medio del vastago
solidario abre o cierra el paso S del gas, restableciendo la presión
deseada.
aparato.
El aparato más sencillo está constituido por un orificio, más o
menos descubierto por un obturador (válvula o grifo), manio
brado a mano, para obtener la presión deseada.
Según el régimen de derrame de un gas a través de un orificio
de sección S, existe una relación entre la presión de entrada P,
la presión de salida P', y el caudal másico (o caudal Q0 del gas,
expresado en las condiciones normales de temperatura y pre
Regulación a presión constante de
la presión de salida
Dirección de cierre de la válvula
P -
tí
sión).
Igualmente, cualquiera que sea una de las presiones (entrada
o salida) y el caudal de gas, existe un valor de la sección S que
permite fijar la otra presión (a la entrada o salida al valor de
seado) dentro de los límites de funcionamiento del aparato.
Se ve también que la idea de reductor no puede separarse de
la idea de regulación; en efecto, si el objeto principal del apa
rato es el de reducir la presión del gas, la presión de salida del
mismo que se desea obtener deberá mantenerse dentro de cier
tos límites, lo que implica un regulador; por el contrario, si el
objeto principal del aparato es el de regular una presión, eso no
puede lograrse más que por una caída de presión a través del
aparato, lo que implica un reductor. Cualquiera que sea el obje
tivo del aparato, este es un reductor-regulador comúnmente co
nocido con el nombre simplificado de «regulador».
El principio de funcionamiento de un regulador está cons
tituido (fig. 17) por un equipo móvil provisto de un obturador
cerrando más o menos el paso de la sección S; una pared deformable y estanca sobre la cual se ejerce una fuerza (peso, muelle
o piloto); un vastago, dcsli/anle en una junta estanca .1, solida
rio de la membrana y del obturador y. finalmente, un tubo de
comunicación C en!re el espacio debajo de la membrana y la tu-
Regulación a presión constante
de la presión de entrada
>V
p>•p
=^V
*~p'
Fig. 17.— Principio de funcionamiento de un regulador.
La tubería C conecta la cámara del
regulador con un punto de la salida
donde se quiere tener una presión
constante. Para cualquier caudal
compatible con las características
del regulador, la válvula toma una
Esquema simplificado (1).
Disposición para eliminar las per
turbaciones de la presión a la
entrada del gas en el regulador.
La válvula en este caso está so
posición de equilibrio bajo el efecto
metida a la acción de la presión
de las fuerzas actuando sobre la
de entrada.
membrana (contrapeso, muelle, pre
sión piloto) y las fuerzas actuando
(1)
Esquema que puede completarse en
en sentido contrario (presión del gas
la práctica con una pared y una junta J
sobre la cara inferior de la mem
brana).
una tubería C
como la de la figura de la izquierda y
conectada con la entrada
del regulador.
Las distintas presiones en el transporte y distribución de gas,
así como en la alimentación de los quemadores de los usuarios,
exige la instalación de reguladores de presión cuya función espe
cífica es:
•
Reducir la presión del gas al límite deseado.
•
Mantener prácticamente constante y sin oscilaciones dicha
presión reducida, aunque varíe entre ciertos límites la pre
sión a la entrada del regulador y se mantenga un campo de
caudales dentro de límites definidos.
70
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Las cualidades que debe reunir un regulador son-
71
• Límites de presión y de caudal: Todo regulador-reductor fun
ciona siempre entre dos límites:
presión de salida
P ' " reg,mCn I*™»™'», la misma
# hPrenda1Cif" *• "" reBU,"dor es,i —«erizada por
s¡ón ^
z ^.r^s^'Ty
mí"i,nosdcldc»P»~to
,a pypor
codosilos^a?orcs
deX nn "• de!cm,"»d»
correspondienees a^Vo dP::ári:c1riha^ y* ^
' nr:frnice^gr„crrde ,as *»«»*«*- mecá.
• De presión de entrada: presión máxima de servicio (infe
rior a la presión nominal en general) y presión mínima de
funcionamiento.
•
De caudal: desde el cierre hasta la abertura máxima del
obturador, el caudal va aumentando, y su máximo es fun
ción dc las dimensiones geométricas del obturador y de
las condiciones de presión.
•
De presión de regulación: cada reductor está concebido
para proporcionar una cierta gama de presiones de salida.
Según su manera de funcionar, los reguladores-reductores son
de. apara. S T í S^laY" T"^"^
«z* Zl :^;v;r mds sensib,c ~ •»«• •><•-V w El n ni roí»
.
uucrcncia de valor entre n
de acción directa (de muelle, de contrapeso, o de campana) o dc
acción indirecta (piloto). Los primeros, en caso de falta de pre
sión o rotura de membrana, quedan abiertos. Los segundos, en
el mismo caso, se cierran.
Según su sistema de regulación pueden ser: de acción propor
cional, de acción integral, de acción derivada y de regulación
compleja.
ovariaciónde1 «ti ™^c?^^(WrfadÚ,, dC PrCSÍÓn
das partes móvfe diSucK/r '^•n*U,,IC,0r
reBCdona
Cn accíón>- Si <*
después de unart^ZL1? "^ r*ímen P«™anente
transcurso del ci££dKt T^™" transitori°> «* el
sistema es estable alcana
des oscilaciones fJ^^T^^^^ g™~
•'Vosas subidas de ¿^' ** "^ C°n ü^<" ^ evitar peinterrupción del caudal h' T" * mancra dc "^"c la
saüda pr c£^^^%£ p';: -rn de
sion se llama sobrepresión al cieire SoEslaisobrcPrcpequeña válvula dc seguridad Zl¿
g° mcdiante «na
dicha sobrepresión SegU1,dad que desca'ga en la atmósfera
En la reducción de presión del gas natural, éste se enfría,
puesto que obedece menos las leyes de los gases perfectos, para
los cuales la reducción sería globalmente isotérmica. Para el gas
natural la disminución de temperatura es del orden de 0,5 °C por
cada kg/cm2 o bar de reducción de presión.
El regulador de presión, junto con el contador, es el elemento
principal de las estaciones receptoras. La variedad de tipos y va
riantes de reguladores que se encuentra en el mercado es lo su
ficientemente amplia para resolver todos los problemas que pue
dan plantearse en la industria. Escapa de los objetivos de esta
obra la descripción de dichos tipos y variedades. No obstante, a
título ilustrativo, mostramos en las figs. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25
y 26 el esquema de varios tipos de reguladores, accionados por
piloto o por resorte. Los reguladores de resorte o de contrapeso
son de acción directa y se utilizan cuando la diferencia de presión
p con relación al valor de consigna pr es suficiente para accionar
mecánicamente, mediante contrapesos, o resorte, la válvula de
regulación.
r=
72
m
T
r^?
^=1
TI
GAS NATURAL
=1
Membrana
Válvula
Fíg. 18. —Regulador RMG (Regel + Mentechnik).
Fig. 20.—Regulador Pintsch-Bamag.
Válvula de seguridad
Detalle
Fig. 19. —Regulador Francel.
Válvnln He ronulncl^n
1
=1
—1
-™1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Í7
-,
f*
75
.«^
Presión de entrada
Fig. 22. —Regulador Masoncila
Fig. 24. — Regulador 1 iorcntini serie Reval de funcionamiento por piloto.
(Cortesía Contagas, S. A.)
I
Presión
fio entrada
FU:. 23. — R
C,!"!r!üí
Í!í,r,,lí:,i
SeriSS. N«»'»"''l
cíe muell.
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Coninuas.
A.)
i
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&
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l
i
76
—*
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
77
Estos aparatos, en caso de falta de presión o de rotura de la
membrana quedarán abiertos. Los reguladores accionados por
piloto son de acción indirecta, siendo indispensables cuando la
potencia necesaria para modificar la acción de paso S exige un
dispositivo amplificador llamado piloto (permitiendo además
variar a voluntad la presión dc consigna) accionado por la pre
sión de entrada del gas.
Varios tipos de reguladores llevan incorporado al mismo la
válvula de seguridad de máxima y mínima presión (figs. 22 y 25).
Los requisitos que debe cumplir un buen regulador son los si
guientes:
• El cuerpo del regulador debe ser de acero, fundición o alea
ciones especiales, de acuerdo con las presiones nominales de
trabajo.
•
El cierre de la válvula de regulación debe ser perfectamente
estanco a caudal nulo.
•
La presión en la regulación será inferior a ± 2 % de la pre
sión de salida regulada, para una gama de caudales compren
dida entre el 3 % y el 100 % del caudal nominal.
•
El regulador debe funcionar correctamente entre los límites
antedichos sin producir oscilaciones llamadas de «bombeo»
y con toda seguridad en presencia de gas a —10 °C, estando
la temperatura exterior hasta —20 °C.
•
La zona de regulación estará comprendida entre 20 % y 100 %
dc la presión máxima regulada.
•
La unión del regulador con la línea se realizará por medio de
bridas con resalto. Para diámetros iguales o inferiores a 2
pulgadas, la unión podrá ser roscada, siempre que el acopla
miento al resto de la instalación se efectúe mediante bridas.
•
Es recomendable que el caudal nominal del regulador se pueda
modificar mediante un cambio cómodo y conveniente del
«obús» de restricción de paso, mientras el aparato está colo
cado en la línea.
•
Para saltos elevados de presión, se recomienda el uso dc dos
. ..I.wl
I..
TI
—1
"1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
78
79
GAS NATURAL
La regulación, sobre todo cuando la reducción de presión
es elevada, produce, en algunos casos, un silbido que, según el
nivel sonoro, puede molestar y crear perturbaciones al personal
o a los vecinos. La elección del regulador se hará teniendo en
cuenta este inconveniente. Si el nivel sonoro es elevado, será
preciso prever un aislamiento acústico, sea en la cámara de re
gulación, sea en los aparatos.
3.3.5.
Cambiador de calor
Las estaciones receptoras deberán ir provistas dc un sistema
de calentamiento del gas de forma que éste, después del enfria
miento producido en el regulador, no tenga a la salida del mismo
una temperatura inferior a -f 5 °C.
Para el cálculo del calentamiento se considera que para el
gas natural, como hemos dicho, cada reducción de la presión
de 1 kg/cm2 provoca un enfriamiento de 0,5 °C en el gas.
La precisión en la regulación de la temperatura será tal que la
temperatura del gas no podrá variar en ± 5 °C.
Los dispositivos de calentamiento del gas pueden estar cons
tituidos:
Los contadores que serán admitidos deberán estar homolo
gados y verificados por las Delegaciones Provinciales del Minis
terio de Industria, y serán autorizados de acuerdo con las normas
que establezca la Empresa suministradora de gas.
En general, los sistemas de contaje normalmente utilizados
para el gas natural son: el volumétrico (membrana, pistones ro
tativos u otro tipo con totalizador e integrador), el de turbina
(paletas, hélice, turbina, etc.) y el venturímetro o deprimógeno
que puede estar basado en el clásico tubo de Venturi o consti
tuido por un simple diafragma.
Los dispositivos de medición deberán tener un campo válido
de medida suficientemente amplio para garantizar la medición
exacta de todos los caudales comprendidos en el campo de va
riabilidad del consumo. Cuando este último oscile dentro del
emplio campo, de forma que resulte imposible su medida exacta
con un solo aparato de medición, se deberá prever, caso por caso,
la instalación de un complejo de aparatos que sea capaz de me
dir el consumo en todo su campo de modulación.
Mientras no exista una reglamentación oficial definitiva o
normas de la Empresa suministradora sobre el campo válido de
medida, se entenderá:
a)
e por una resistencia eléctrica en el caso dc cámaras de bajo
caudal;
sean 4. 1,5 °/o.
• por un intercambiador dc calor situado en la línea de regula
Normalmente, estas condiciones se mantienen en los con
ción y antes del regulador; está alimentado por agua calien
te, procedente de una caldera independiente o dc una fuente
tadores volumétricos para caudales comprendidos entre
el 10 % y el 120 % del nominal.
de calor existente en la industria.
Las calderas que alimentan los intercambiadores se instalarán
o bien al aire libre o en un local separado de la cámara de regu
lación v medición.
Para los contadores volumétricos y de turbina, el campo
de medida será determinado por la verificación oficial de
la Delegación dc Industria cuyos errores de medición
b)
Para los medidores deprimógenos, el campo de medida
será el comprendido entre el máximo de fondo-escala y
el mínimo determinado basándose en el número de Rey
nolds, límite correspondiente al valor a constante.
Todos los cálculos de fondo-escala serán efectuados lo
3.3.6.
Contadores
Como su nombre indica, el contador sirve para medir el cau
dal de gas consumido, tanto para control por parle del usuario,
como para fines de la' hirnciñn por la Empresa vunwnishadnra.
mando para a el valor constante correspondiente al nú
mero de Reynolds límite, y teniéndose en cuenta el factor
de compresibilidad e al 50 ('b del valor del fondo-escala;
el mínimo dc consumo válidamente medible con el apa-
1
80
GAS NATURAL
IPO Y REDES*
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS
81!
rato así predispuesto será el deducido del número de
Reynolds indicado.
Queda entendido que dicho mínimo, sea cual sea el crite
rio adoptado, no debe ser inferior al límite aceptado de
sensibilidad mecánica del aparato y, por consiguiente, no
mas bajo que el 10 %del fondo-escala.
El movimiento de rotación de los alabes se transmite a tra
vés de un tren desmultiplicador sobre un dispositivo indicador
que integra el volumen del gas en las condiciones de presión,
temperatura y humedad en que se encuentra al atravesar el con
tador, y que se mide y registra mediante aparatos apropiados
que describimos más adelante.
loJ^vw1118'3130:0116,8
mCdÍda
deI 8as cuy°
caud*ldisponer
^pere
los
150 m/h (menos las del?Ctipo
deprimógeno)
deberán
de un órgano de estrangulamiento (Venturi o diafragma) fijo en
la linea tras el contador principal, que permita cualquier mo™ °, Ga TT
'?OT PartC de empresa ^ministradora, de la
exactitud
de la medición.
Con el fin de unificar las instalaciones de medidas deprimógenas y de control con elemento deprimógeno, la longitud de los
tramos de tubo recto antes y después del mismo, debe ser res-
rubor1"61116' de2°Dyl0D (siendo Del diámetro interior del
El contador volumétrico o de turbina tendrá un by-pass equi
pado con una válvula estanca, la cual estará sellada por la Em
presa suministradora de gas, en la posición cerrada. Cuando por
tuerza mayor sea necesario abrir esa válvula, se seguirán las pres
cripciones fijadas por la Empresa suministradora.
Como la gama de contadores volumétricos o de turbina es
muy extensa, nos limitaremos a describir, de forma reducida el
funcionamiento de uno de los tipos más utilizados, el llamado
«de pistones rotativos» yel de los contadores de velocidad o de
turbina.
J: Registro desmontable.
L: Caja de minutería.
M: Magneto transmisor.
P: Tapón de llenado de aceite.
Q: Tapón del nivel del cárter.
A: Cuerpo contador.
B: Plato de fondo.
C: Tapa de cierre.
E: Deflector.
F: Pistones rotativos.
G: Engranajes de conjugación de
los pistones.
H: Rodamientos a bolas.
I: Volante de maniobra a mano.
•
R: Tánón de vaciado.
T: Engrase técalémit.
U: Técalémit de prensaestopa.
Fig. 27. — Contador de pistones rotativos «DELTA». Secciones longitudinal
y transversal (cortesía de Compañía de Contadores, S. A.).
Los contadores de velocidad o de turbina (figs. 28 y 29), es
tán constituidos por un tramo recto de tubería, en cuyo interior
está colocada una hélice o turbina, teóricamente sin frotamien
tos, apoyada en cojinetes y manteniendo su eje en el centro
En el contador de pistones rotativos el gas penetra en el con-
tador e inc.de sobre dos alabes en forma de 8(sistema roots),
conjugados por dos ruedas dentadas y equilibradas dinámicamente (véase fig. 27).
La presión del gas provoca la rotación de los alabes, pudién
dose admitir, sin error apreciable, que en cada vuelta completa
de los mismos circula por el contador un volumen constante
oe gas.
de la tubería.
La velocidad de rotación de la hélice debida al paso del gas
es proporcional a la velocidad de circulación del mismo y, por
tanto (como la sección es constante), al volumen de gas que
circula.
La hélice está protegida por un cuerpo central que solamente
permite el paso del gas a través de un reducido espacio anular
frente a las paletas de la turbina; ello tiene por objeto aumentar
la velocidad de paso del gas en la hélice y ejercer sobre la mis
ma esfuerzos apreciables.
•h •.{
=1
82
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
r=°*%
83
Los contadores de turbina, llamados también cuantómetros,
pueden estar dispuestos formando un codo en lugar de un tra
mo recto (fig. 30), con el rodete colocado en un eje vertical. Es
tos contadores ocupan menos espacio que los anteriores.
El caudal mínimo y el máximo están en la relación de 1 has
ta 12 para esa serie de contadores.
Debe evitarse que el gas que atraviesa el contador arrastre
partículas o polvo capaz dc provocar erosiones sobre las paletas
de la hélice, lo que modificaría la medición.
Minutería
Fig. 28. — Contador de
turbina Elster. (Cortesía
de S.A. Kromschroeder).
Molinete
Distribuidor
; anular
MoHnete
Minutería
Fig. 30. — Cuantómetro
de turbina G. W. F.
(Cortesía de S. A. Kromschroeder.)
El contaje del número de vueltas de la hélice se realiza por
dispositivos de célula fotoeléctrica para los contadores pequeños
o directamente por cuenta revoluciones mecánico para los con
tadores importantes.
Los contadores de turbina tienen una curva de error varia
Rociamiento
a bola:;
Distribuidor anular
l'iií. 29. — Contador de turbina T. I V
(Coiiesia de Compañía Contadores. S ,\.)
ble de un tipo a otro, pero de suficiente precisión entre límites
comprendidos entre 1 y 10. La curva de errores varía con el des
gaste de los órganos en movimiento. Si la hélice se bloquea, el
gas no se contabiliza, pero puede atravesar el contador sin que
la pérdida de carga suplementaria delate la anomalía.
""1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
84
Así como los contadores volumétricos y de turbina se fun
damentan en la medición directa del volumen que ha circulado
por los mismos en las condiciones de presión y temperatura re
gistradas (y que, posteriormente, debe ser corregido para llevar
lo a las condiciones de presión y temperatura de referencia nor
malizadas), el contador deprimógeno registra en un gráfico el
caudal instantáneo que atraviesa el diafragma, caudal que poste
riormente debe ser integrado para traducirse en volumen total,
en las condiciones de presión y temperatura existentes a la en
•
85
Velocidad de arrollamiento: 20 mm/h.
• Modo de arrastre: por sistema de relojería con cuerda meca
nizada semanal, eléctrica, con reserva de marcha o bien por
motor síncrono con alimentación eléctrica de socorro.
3.4.
Normas de instalación de Estaciones receptoras
No existiendo Normas Oficiales emanadas del Ministerio de
trada del medidor, que asimismo debe corregirse para llevarlo
Industria, deben utilizarse las exigidas por la Empresa distribui
a las condiciones de referencia normalizadas.
dora o ENAGAS.
Salvo indicación en contra, los contadores volumétricos se
recomiendan para instalaciones de bajo caudal que no superen
los 150 m3/h, medidos a la temperatura y presión de trabajo.
No obstante, se fabrican contadores volumétricos de gran capa
cidad (hasta 30 000 m3/h e incluso superiores).
En las instalaciones de caudal medio, comprendidas entre
150 y 2 000 m3/h (medidas igualmente en sus condiciones de
trabajo), pueden usarse indistintamente contadores volumétricos
En el apartado 3.2 hemos descrito la composición de las
estaciones receptoras y las características que deben reunir.
También hemos detallado todas las condiciones que deben reunir
los distintos aparatos y las tolerancias más usuales.
A continuación vamos a detallar las normas corrientes en la
instalación general de las estaciones receptoras, fijadas por Cata
lana de Gas, S. A., en Barcelona.
de turbina o deprimógenos.
Para instalaciones de caudal alto, superiores a 2 000 m3/h,
se aconseja utilizar un medidor deprimógeno (debido principal
mente al elevado coste de los contadores volumétricos).
3.4.1.
3.3.7.
Los representantes de la Empresa distribuidora de Gas ten
drán acceso libre a la cabina en todo momento, sin pérdida de
tiempo, quedando reducidas las formalidades eventuales al mí
Registradores de presión y temperatura
Los registradores de presión y de temperatura permitirán con
trolar las condiciones de trabajo del regulador y del cambiador
de calor (cuando sea necesario), siendo imprescindibles para la
corrección de los volúmenes totalizados por los contadores, con
fines de facturación.
Salvo indicaciones en contra de la Empresa suministradora
de gas, los registradores deberán responder generalmente a las
Situación de la Estación
El terreno escogido para la instalación de la Estación recep
tora será fácilmente accesible, lo más cerca posible a la vía pú
blica y al abrigo de inundaciones.
nimo.
Para limitar y evitar las posibles consecuencias de un acci
dente en la Estación receptora, ésta deberá situarse lo suficien
temente alejada de los accesos a otros edificios y talleres, de
forma tal que los posibles escapes de gas no puedan alcanzar
condiciones siguientes:
los locales vecinos.
•
La conexión de la Estación receptora a la red de distribución
exterior, mejor dicho, a la válvula del ramal de alimentación, se
Precisión de escala dh 1 %.
• Diagrama: tipo banda arrollada, de anchura útil de registro
de 100 mm.
realizará con una tubería capaz de resistir la misma presión
de servicio que la tubería de la Empresa suministradora.
r-^—|
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
86
87
las de control, etc. Asimismo, no debe existir ningún local
cuyo único acceso sea a través de la¡estación.
Tendrán un volumen lo más reducido posible, recomendán
dose construir las paredes exteriores de ladrillo, hormigón
u otro material resistente similar. En los locales cerrados
Antes de la entrada a la Estación receptora, el usuario insta
lará una válvula de interceptación de apertura y cierre rápido
(un cuarto de vuelta), fácilmente accesible y claramente señali
zada que permita aislar la Estación. Dicha válvula estará conve
nientemente protegida contra golpes accidentales. La distancia
deberán preverse aberturas de entrada de aire, protegidas
por tela metálica, y aberturas de evacuación, de dimensiones
de esta válvula al recinto de la cámara será la suficiente para
permitir que su cierre, en caso de emergencia, pueda efectuarse
suficientes para una buena ventilación.
con el menor riesgo posible.
El espesor de las paredes de obra será, como mínimo, de:
La válvula de seccionamiento, como la tubería de conexión,
será de acero, capaz de resistir la misma presión de servicio que
30 cm si es de ladrillo,
la red de la Empresa suministradora de gas.
25 cm si es de hormigón,
/
15 cm si es de hormigón armado, con un recubrimien
3.4.2.
to mínimo de la armadura de 5 cm.
Modo de instalación
El techo será de materiales ligeros e incombustibles, no pudiendo utilizarse vidrio. Deberá disponerse de tal forma que
Las Estaciones receptoras podrán instalarse:
a) al aire libre o a simple abrigo,
b) en locales cerrados independientes,
c)
no esté firmemente sujeto a las paredes. Las puertas deberán
abrirse hacia el exterior, abatirse completamente sobre el
muro y estar provistas de un sistema de bloqueo. Asimismo,
deben poder abrirse desde el interior por un simple empu
en armario.
a) Estaciones al aire libre o a simple abrigo
Estas estaciones deberán estar protegidas por una valla me
tálica o por un máximo de tres muros (el cuarto será nece
sariamente una valla metálica). Uno de los tres muros po
drá ser la pared de un edificio. En todo caso, podrán estar
o no protegidas por un tejadillo de material ligero e incom
bustible. Cuando la Estación receptora colinde con propie
dades de terceros o dominios públicos será obligatoria la
existencia, como mínimo, de un muro de separación entre
ambos.
Esta solución asegura las mejores condiciones de ventila
ción. Es imprescindible, en este caso, tomar las precauciones
suficientes para garantizar la seguridad y el buen funciona
miento de los aparatos de regulación y medida en las con
diciones más favorables.
b) Estaciones en locales cerrados o independientes
Las estaciones receptoras cerradas no tendrán comunicación
directa con otros locales anexos como locales de calderas, sa-
jón.
c)
Estaciones en armario
Cuando las Estaciones receptoras estén construidas de forma
compacta, de manera que todos los elementos que la com
ponen se presenten agrupados en un bloque único, podrán
instalarse en el interior de armarios metálicos o de otros
materiales incombustibles provistos de las correspondientes
rejillas de ventilación.
Dichos armarios dispondrán de las puertas y de los elemen
tos desmontables necesarios para permitir un cómodo acce
so a todos los aparatos de la cámara de regulación, facili
tando los trabajos de revisión y mantenimiento. Los armarios
estarán situados al aire libre, estando provistos del sistema
de protección que cada caso requiera, según su emplaza
miento.
La distancia mínima entre una Estación receptora y cualquier
puerta de los locales contiguos será de 5 m.
l~l
GAS NATURAL
88
Las paredes de separación con otros locales se deberán cons
truir con materiales resistentes y deberán ser estancas al gas.
Serán tomadas las precauciones suficientes para mantener dicha
estanquidad, aunque las paredes tengan que ser atravesadas
por canalizaciones.
El suelo deberá ser de material incombustible y no suscep
tible de producir chispas. Está prohibido el uso de plástico y de
enrejado de acero para este fin.
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
89
Independientemente de ese Reglamento, todas las instalacio
nes interiores de las cámaras serán obligatoriamente de tipo
antideflagrante, y las conducciones eléctricas, en toda su lon
gitud, se efectuarán bajo tubo de acero.
No se permitirá ninguna toma de corriente dentro de la Es
tación.
Exterior de la Estación:
Para asegurar una ventilación suficiente en el interior de las
Estaciones receptoras, la superficie libre total de las aberturas
Se prohibe que crucen cables eléctricos por encima de la Es
de entrada de aire no deberá ser inferior al 5 % de la superficie
total del recinto, incluyendo suelo y techo. La superficie de las
aberturas de evacuación de aire será igual, como mínimo, a la
de las aberturas de entrada, sin posibilidad dc cierre ni para unas
Los cables y sistemas eléctricos más cercanos a la Estación
y que no sean antideflagrantes deberán estar a una distancia
ni para otros. Cuando la ventilación natural sea insuficiente, se
y la Estación.
asegurará mediante una ventilación mecánica con capacidad mí
nima dc renovación del aire de 20 veces por hora.
Las aberturas dc entrada dc aire se encontrarán a 15 cm del
tación.
mínima de 10 m de la misma en caso de que sean aéreos, a
menos que medie una pared resistente y extensa entre ellos
3.4.4.
Precauciones diversas
suelo, las de evacuación debajo del techo y en el punto más alto
del local. Las puertas que dan acceso a los locales anexos de ca
lentamiento de calderas o aparcllajc eléctrico, así como las en
tradas a locales que contengan productos inflamables, deberán
encontrarse lejos de las aberturas de ventilación y nunca en el
mismo lado de la Estación en que se encuentran las mismas.
3.4.3.
Seguridad respecto a instalaciones eléctricas
Las Estaciones receptoras deberán cumplir las siguientes con
diciones dc seguridad:
Interior de la Estación:
• Se permitirá solamente la conexión a una red de baja tensión
(220 voltios).
• Las instalaciones eléctricas interiores (iluminación, interrup
tores, cables, etc.) cumplirán las prescripciones para Baja
Tensión y en particular, el artículo que se refiere a locales que
presentan peligro de incendio o explosión.
Con respecto a la seguridad contra el exceso de presión a la
salida del regulador, por funcionamiento defectuoso de éste, o
por cualquier otra causa, cada línea de regulación irá equipada
con dos válvulas de seguridad diferentes que, independientemen
te una de la otra, impidan a la salida del regulador un aumento
de la presión superior a los límites fijados en sus condiciones de
trabajo. Una de las válvulas actuará como reserva de la otra.
Una de estas válvulas, como hemos indicado anteriormente, será
dc rearme manual, es decir, necesitará la intervención del hom
bre para restablecer sus condiciones de trabajo. La otra será
automática, restableciéndose las condiciones de trabajo tan pron
to como cese la anormalidad (válvula de resorte). La primera de
estas válvulas se podrá utilizar para cortar la alimentación de la
linea si la presión de salida del regulador desciende por debajo
del valor mínimo fijado para su buen funcionamiento (válvula
de seguridad de máxima y mínima presión).
Referente al silbido, que según el nivel sonoro puede llegar a
molestar, producido en algunos casos por el regulador, las válvu
las o las tuberías, se recomienda lo siguiente:
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
90
evitar que el regulador, o su obús de paso, sea demasiado pe
queño;
evitar las válvulas de paso reducido;
evitar las T rectas y, en general, todo cambio brusco de direc
ción;
• utilizar piezas de reducción en las que el ángulo de abertura
91
Se colocarán letreros de prohibición de fumar o producir chis
pas en la cámara de regulación y medida, en número suficiente
y en lugares visibles.
El utillaje de la cámara de regulación y medida deberá estar
fabricado con materiales no susceptibles de provocar chispas.
La válvula de seccionamiento exterior a la cámara estará cla
ramente señalizada.
sea inferior a 15 °C;
•
mantener, siempre que sea posible, la velocidad de circula
ción del gas por los anteriores elementos y por las tuberías a
una velocidad inferior a 30 m por segundo.
En las regiones que frecuentemente están expuestas a los
efectos de las tormentas, será prudente proteger la instalación
con un pararrayos o jaula de Faraday, concebido e instalado
siguiendo las reglas que existen para los mismos. Las tomas de
tierra deberán ser independientes de las demás instalaciones.
Todas las instalaciones de la Estación receptora a partir de
la salida de la junta dieléctrica deberán encontrarse siempre al
mismo potencial eléctrico. Para lograrlo, se realizarán una o va
rias tomas de tierra cuya resistencia será en todo momento in
ferior a 10 ohmios.
Las tuberías de escape dc las válvulas de salida a la atmósfe
ra se prolongarán por encima del local, por lo menos un metro
sobre el punto más alto del techo. Se proveerán dc un apaga-
fuegos y la boca dc salida estará coronada con un capuchón o
cualquier dispositivo que impida la entrada dc cuerpos extraños.
Las chimeneas de las calderas o del cambiador de calor sobrepa
sarán, como mínimo, un metro del punto más elevado del techo
y estarán alejadas de las tuberías dc escape de gas a la atmósfe
ra. Sus bocas se protegerán con sombreretes. No podrá instalar
se ningún material suplementario al estrictamente necesario para
la explotación de la Estación. Se prohibirá la entrada al personal
ajeno a su funcionamiento o mantenimiento.
Se instalarán extintores de polvo seco en número suficiente
en las proximidades dc la Estación y fuera de la misma.
3.5.
Red interior de tuberías
La red interior de tuberías comprende la tubería desde
la válvula de la acometida de la Compañía distribuidora has
ta la entrada de la Estación receptora (acometida interior),
y las tuberías de distribución interior desde esta última hasta
los puntos de consumo (red interior de distribución).
Esta podrá ser más o menos extensa según existan muchos o
pocos puntos de consumo, y las distancias dc los mismos a la
estación receptora sean más o menos grandes.
Si las distancias y los caudales no son importantes y los pun
tos de consumo pocos y próximos, se podrá establecer una red
con tubos de diámetro apropiado para tener una pérdida de carga
pequeña. En este caso, la presión de distribución puede ser la
necesaria a los quemadores, y el gas puede tomarse de la estación
receptora a dicha presión incrementada con las pérdidas de
carga. Si las distancias y caudales son importantes y los puntos
dc consumo están espaciados, convendrá, en aras a la economía
del coste de la red dc distribución, tomar el gas de la estación
receptora a presión de 2 a 5 kg/cm2, y admitir una fuerte pérdida
dc carga en el cálculo de las tuberías. En este caso, la presión
será muy variable en los distintos puntos de la red, en función
de la distancia a la estación receptora y de las variaciones de
consumo de los aparatos de utilización. Como éstos necesitan
para su buen funcionamiento una presión lo más constante posi
ble, obligarán a colocar lo más próximo a ellos o al conjunto
de aparatos dentro de la misma nave, un grupo de regulación de
presión que, alimentado por la variable y alta presión de la red,
alimente los quemadores a presión constante y apropiada.
1
^1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
92
3.5.1.
Determinación del trazado
93
En el cálculo de los caudales se tendrá en cuenta:
•
los máximos de consumo;
Debe empezarse por establecer, en cada industria, un plano
o esquema del trazado interior que se considere ideal, en el que
figuran las indicaciones siguientes:
•
eventualmente, los coeficientes que resulten de la no simul
taneidad de utilización de los distintos aparatos;
•
tipo de gas y presión disponible a la entrada de la instalación;
•
las previsiones de futuras ampliaciones de consumo que se
•
situación de la Estación receptora;
deriven de la extensión de la red o de un aumento de caudal
en los tramos existentes. El caudal máximo horario contra
•
situación de los diferentes aparatos de utilización, con indica
ción de su potencia nominal (o consumo) y la presión de
tado por el usuario se incrementará en un 20 °/o para deter
minar el diámetro mínimo de la acometida y del tramo de
tubería inmediato a la Estación receptora;
gas necesaria;
° implantación dc locales, situación de pipe tracks, alturas li
bres dc paso y todas las indicaciones análogas cuando éstas
puedan exigir sujeciones particulares en lo que se refiere al
recorrido de la canalización;
•
puntos del recorrido de donde derivarán eventuales extensio
nes.
•
La presión de gas en la red se expresa en valor efectivo en bar,
milibar o kg/cm2 y milímetros de columna de agua. Se tienen
que considerar:
•
presión de servicio. Es la presión que reina en la parte de red
considerada. Puede variar de valor en diferentes puntos de la
red, si ésta se halla provista de reguladores alimentando dis
tintos tramos. En caso contrario, tiene por valor la presión
de salida dc la Estación receptora;
•
presión máxima. Es la presión susceptible de alcanzarse en
Sobre el plano así preparado, se puede proceder al trazado
de la red interior, destacando:
• disposición dc las canalizaciones (enterradas, elevadas, en ga
lería, en conductos, empotradas);
•
posición de los accesorios de la canalización que es necesa
la canalización. Su valor es el de funcionamiento del último
rio prever, como:
órgano de seguridad (válvula, membrana rompible, etc.) colo
cado más arriba y que fija el límite posible en la canalización
en caso de mal funcionamiento del regulador dc presión de
la Estación receptora;
9 órganos de cierre y accesorios del trazado: curvas, reduc
ciones, etc.;
•
reguladores de presión dc quemadores;
• aparatos de medición o de control de caudales y presiones;
• válvulas, filtros, potes de purgas, etc.
El caudal de gas a transportar en cada tramo dc la instala
ción es la suma dc los caudales máximos absorbidos por los apa
ratos de utilización situados más abajo.
Los cálculos se hacen en metros cúbicos normales (0o y
760 mm), determinados según el caudal térmico de los aparatos
(kcal/h) y el poder calorífico inferior del sas (kcal/Nm').
La presión del gas en el extremo de la red, antes de los regu
ladores de los aparatos de utilización.
•
presión de prueba. Es igual a una vez y media la presión má
xima dc servicio. Estando construida la canalización para una
presión nominal igual, como mínimo, a la presión máxima de
servicio, la presión de prueba puede considerarse como igual
a una vez y media la presión nominal.
3.5.2.
Condiciones relativas a ciertos recorridos
La red interna de tuberías de distribución de gas natural se
colocará prcíerentemcnle, y siempre que no presente grandes
1
f
1
•--1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
g4
GAS NATURAL
95
Debe proscribirse: cruzar alcantarillas, recorrer por locales
dificultades del tipo aéreo. Es decir, se colocará en elevación,
de servicio o bajo locales insuficientemente ventilados a causa
os ^ ^ en soportes fijados alas paredes, alas armaduras
"cubiertas, alos pies derechos de los locales oa los pie
derechos particulares a la tubería. Siempre que exista un pipe
tacTpara soporte de tuberías de agua, vapor, combustible, aire
de cualqu er naturaleza, haciendo pasar el tubo por el interior de
otro con forro continuo perfectamente estanco en el cruce ydes
extt^mente ointeriormente alos edificios ynaves industria
omprimido, etc., se colocarán junto a ellas. Las distancias; entre
soportes no serán superiores a las indicadas a continuación.
Diámetro tubería
pulgadas
Distancia entre los
soportes en metros
1/2
3/4-1
1,1/4-2,1/2
3-4
5-8
más de 8
1,1/4 o mayor (vertical)
1,8
2,4
3.0
4,5
6.1
7,6
1 soporte por piso
del riesgo de acumulaciones de gas en caso de una eventual fuga.
Es factible el cruce de alcantarillas ocavidades no ventiladas
bordando las dos extremidades en el exterior.
Está prohibido colocar, aun en recorrido transversal, canalizaciones de gas en:
• conductos y galerías de humos;
• cajas yconductos de ventilación, salvo cuando ha sido espe
cialmente concebido para ese uso;
• cajas ycuartos de maquinaria de ascensores ymontacargas;
• salas de transformadores, cuadros y material eléctrico;
• cubas sanitarias inaccesibles;
• cubas y depósitos de almacenamiento de combustibles soli
dos y líquidos;
Las tuberías de gas no deben ser sostenidas por otras tube
rías, sino que deben estar instaladas con soportes que tengan la
, .
• tubos de caída de correo o de basuras, así como los recipien
tes que los contengan.
suficiente resistencia.
• espacios vacíos entre paredes.
No obstante, cuando el caso lo requiera, se podrán colocar
enterradas en conductos o en galerías. En este caso, deberán
Las tuberías que estén en contacto con tierra u otros mate
riales corrosivos deben estar protegidas contra la corrosión.
tomarse las precauciones siguientes:
3.5.2.2. Canalizaciones en cajas y galerías técnicas
3.5.2.1. Canalizaciones enterradas
El recorrido de las tuberías enterradas debe escogerse, en lo
posible, alejado de:
• vías férreas y rulas de paso de camiones (riesgo dc vibracio-
Debe evitarse el paso de las tuberías de gas por cajetines y
galerías por donde pasen otras canalizaciones ycables eléctricos.
Podrán cruzarse dichas cajas y galerías por tuberías de gaá,
cuando éstas pasen por el interior de otro tubo de acero estanco
nes y apisonamiento);
y con ventilación al exterior.
de las raíces);
pasen por cajas ogalerías por las que no pasen otras tuberías de
• plantaciones de árboles (empujes en el sucio por desarrollo
• instalaciones eléctricas productoras de corrientes vagabun
das, sobre todo corrientes continuas (vías férreas electrifi
cadas).
Cuando sea absolutamente necesario que las tuberías de gas
combustibles o cables eléctricos, dichas galenas deberán estar
perfectamente ventiladas.
1
TI
GAS NATURAL
96
3.5.2.3.
Canalizaciones en cajetines
Las canalizaciones de gas en cajetines tienen la ventaja, en
los locales industriales, de permitir una cómoda alimentación
de los aparatos utilizando gas, en posición central.
Si el cajetín está lleno de arena, la protección de la canaliza
ción debe ser análoga a la de las canalizaciones enterradas.
3.5.2.4.
Canalizaciones empotradas
Las canalizaciones empotradas son aquellas cuyo recorrido
está situado en el interior de muros, cerramientos o suelos. No
debe confundirse con atravesar la pared, que es un paso perpen
dicular a la pared.
El empotramiento de las tuberías de gas es desaconsejable en
las instalaciones industriales.
3.5.2.5.
Canalizaciones de descarga eventuales
Las canalizaciones de descarga eventuales a la atmósfera
(válvulas de seguridad, descarga de reguladores, etc.) deben cum
plir las condiciones siguientes:
• evitar la creación de una pérdida de carga sensible en la cana
lización (diámetro suficiente y longitud corta);
—^1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
}.
3.5.3.
Características de las tuberías
Las tuberías, así como las piezas especiales y uniones, serán
de acero al carbono obtenido en horno eléctrico o convertidor
Martin-Siemens, pudiendo ser con o sin soldadura. Cuando las
tuberías de distribución sean aéreas, podrá utilizarse también
cobre. La soldadura puede ser longitudinal o helicoidal y se rea
lizará siempre a máquina. Los procedimientos de soldadura ad
mitidos son los siguientes:
•
soldadura eléctrica al arco;
•
•
soldadura eléctrica, por resistencia;
soldadura automática al arco en atmósfera inerte (usando,
por lo menos, dos pasadas de soldadura, una de las cuales se
aplicará por la parte interior del tubo).
Las características generales de los tubos, así como las de
los elementos y piezas especiales que se utilicen en la instalación,
deben responder a las especificaciones de la norma del «Ameri
can Petroleum Institute 5L grado B» UNE (API) o DIN aceptadas
por el Ministerio de Industria y Energía.
La presión nominal del tubo no será inferior a la máxima de
servicio.
Los contenidos máximos en componentes del acero utilizado
en la fabricación de los tubos, deben ser:
• hacer descargar el tubo eventual al exterior, con objeto dc
evitar la polución y los riesgos de incendio, en lugar situado
Carbono
como mínimo a 2,50 m del suelo y, también como mínimo, a
Fósforo
0,6 m de una abertura dc las paredes, ventanas u orificios de
Azufre
ventilación.
Azufre 4- Fósforo
Manganeso
3.5.2.6.
Situación dc la válvula de aislamiento
Debe preverse en el trazado de la red, a la entrada de cada
canalización principal, una válvula de mando manual estanca en
posición cerrada y, si es posible, dc cierre rápido (90 °C) colocada
en lugar fácilmente accesible, que permita el cierre completo del
suministro de gas a la parte posterior.
97
(tubo sin soldadura)
(tubo con soldadura)
<
<
<
0,31 %
0,29 %
0,04 %
< 0,05 %
0,08 %
1,30%
El acero empleado en los tubos tendrá una relación entre el
límite elástico y la carga de rotura no superior a 0,80 y un alar
gamiento sobre 5 diámetros en probeta de espesor igual al del
tubo no debe ser inferior a:
para espesores hasta 4 mm
para espesores de 5 mm a 7 mm
20%
para espesores superiores a 7 mm
22 %
17%
El cumplimiento de las especificaciones del material fijadas
en los párrafos anteriores deberá ser demostrado por la firma
En cualquier caso, el espesor del tubo no debe ser inferior a:
2 mm para diámetro exterior hasta
instaladora, bajo su responsabilidad.
2,6 mm
2,9 mm
El espesor teórico de las tuberías se calculará mediante la
fórmula:
P, X De
C=
99
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
98
Pi X Di
»
»
»
31a
65 mm
de
66 a 160 mm
4
mm
de 161 a 325 mm
5
mm
de 326 a 525 mm
de 526 a 730 mm
de 731 a 830 mm
5,9 mm
2 X 5 X E ~ 2 (G X E—?/)
30 mm
de
7,1 mm
Respecto al diámetro exterior y al espesor de las tuberías, se
donde:
e = espesor teórico en cm;
P, = presión de cálculo en kg/cm2;
admiten las siguientes tolerancias:
a)
respecto al diámetro exterior
b)
G = carga de trabajo en kg/cm2;
respecto al espesor en cualquier
punto para tubos de diámetro
E = factor de eficiencia de las uniones.
exterior hasta 457 mm
Dc = diámetro exterior en cm;
Di — diámetro interior en cm;
La carga de trabajo G se define por:
c)
G =
K
donde:
S = límite elástico mínimo del material empleado en kg/cm ;
K = coeficiente de seguridad.
La presión de cálculo P, y el coeficiente de seguridad Kse fi
+ 15 °/o a — 12 %
para tubos de diámetro exterior
superior a 457 mm
.S
± 1%
+ 15 % a — 10 %
Las bridas serán de acero. Para presiones que puedan supe
rar los 12 kg/cm2 serán del tipo con resalto, con cuello (llamadas
Welding Ncck) y forjadas.
Se recomienda utilizar las bridas que a continuación se in
dican:
jan de acuerdo con las condiciones de la conducción:
a) para presiones superiores a 32 kg/cm2 y pudiendo llegar
a) para presiones superiores a 12 kg/cm
P, = presión máxima dc ejercicio prevista
b) para presiones comprendidas entre 2 y 12 kg/cm2 se
K =
aceptarán PN 16 con cuello.
2
b) para presiones inferiores o iguales a 12 kg/cm
P, = 12 kg/cm2
K -
hasta 60 kg/cm2: PN 64 con cuello. Para presiones no su
periores a 32 kg/cm2: PN 40 con cuello;
4
El factor de eficiencia de las uniones E, para tubos sin solda
Las juntas serán preferentemente del tipo «Klingerit armado»
cuando la presión electiva sea igual o superior a 12 kg/cm2, y en
amianto comprimido graíilado tipo «Klingerit» cuando la pre
sión de servicio sea inferior a 12 kg/cm2.
dura se toma igual a I. Puede asimismo tomarse igual a 1 para
Las juntas dieléctricas estarán al aire libre y montadas dc
los tubos con soldadura longitudinal o helicoidal que reúnan
manera que no se pueda producir un cortocircuito de las bridas
con un elemento conductor eualquiera. Se situarán después de
las condiciones especificadas anteriormente.
El Lubo a usar se elegirá de la tabla de fabricación, entre
aquellos que, teniendo el mismo diámetro exteriiu . les correspon
da un CKp<'N«" ;...,< ,i¡ iiami '••'• superim al leói-í
nlculado.
la válvula de seccionamiento de entrada a la Estación receptora,
y antes de la válvula de seccionamiento a la salida de dicha Es
tación.
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
Las uniones de las bridas se efectuarán con pernos o barras
roscadas con tuerca y arandela que presione bajo la tuerca.
El diámetro de un tramo es constante en toda su longitud;
los accesorios de canalización tienen el calibre correspondiente.
100
El ángulo dc abertura total de las piezas de reducción en sol
dado no superará los 15°. Para piezas en acero forjado, el ángulo
podrá llegar a 35°.
El ensamblaje de tubos, bridas, aparatos, accesorios y otros
elementos de canalización, se efectuará por soldadura a tope,
eléctrica. Las características de la soldadura deberán ser, por
101
Un tramo conecta:
•
la canalización de la red de distribución desde la estación
receptora hasta el primer «empalme»;
•
dos empalmes consecutivos;
•
un empalme hasta su punto de utilización.
lo menos, iguales a las del metal de la tubería y deberán estar
Calcular una canalización consiste en determinar el diámetro
exentas de huecos o defectos, pudiendo exigirse, si es necesario
o preceptivo, el radiografiado de las mismas.
Para unión de tubos dc pequeño diámetro y alta presión se
de cada uno de los tramos, para que, con los caudales previstos:
recomienda usar, siempre que sea posible, la unión por solda
dura o bridas, o bien anillos del tipo ERMETO.
1)
la presión dc gas en cada punto de utilización sea siem
pre superior o igual a la presión mínima necesaria para
el buen funcionamiento del aparato;
2) la velocidad real de circulación, en cualquier punto de ía
Los tubos tendrán, en todos los casos, la máxima longitud
conducción, no exceda de un valor crítico (30 m/s), gene
compatible con las características dc la instalación, de forma
que la conducción presente el mínimo de soldaduras de unión.
rador de ruido y vibraciones, teniendo en cuenta el cau
dal real a la presión de circulación.
3.5.4. Determinación del diámetro de las tuberías
3.5*4.1.
Generalidades
Para calcular los diámetros de una red interior de tuberías,
Estas dos condiciones son complementarias: la primera,
se refiere a la pérdida de carga de la tubería; la segunda, a la
velocidad de circulación del gas.
En la práctica se observa que:
• en las instalaciones en las que la presión a la entrada es poco
resulta práctico descomponerla en un conjunto de «tramos»,
unidos por «empalmes» o «derivaciones» alimentando los «pun
elevada o próxima a la presión de los puntos de utilización,
se calculará el diámetro de los tramos por la pérdida de carga
tos de utilización».
admisible, que resultaría baja. Los diámetros resultantes con
ducen, generalmente, a velocidades de circulación inferior al
Los «puntos de utilización» están situados a la entrada de los
aparatos de utilización, inmediatamente detrás de los dispositi
vos eventuales de regulación (reguladores-reductores).
Un «empalme» o «derivación» es el punto en el cual el caudal
principal dc gas se divide en dos o varios caudales secundarios.
Se entiende por «tramo» la longitud continua de tubería,
llevando o no accesorios de canalización, recorrida en cada ins
tante, en cualquiera de sus secciones, por el mismo caudal músi
co de gas.
límite recomendado;
• en las instalaciones de gas natural a alta presión ramificadas,
llamadas en «espina de pescado» y provistas de reductores de
presión al final dc la canalización principal, la pérdida de car
ga puede ser relativamente importante. En este caso, resul
tan diámetros dc tuberías reducidos, siendo preciso entonces
comprobar el valor de la velocidad de circulación.
Por razones de economía, conviene no sobredimensionar la
instalación. Esta última condición es menos imperativa que las
1
"~=1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
116
Accesorio
K
codo redondeado
90"
Accesorio
K
117
K
Accesorio
Te-
codo brusco
,= 0,5
I
30"
0,07
= 1
0,6
45°
0,18
0,4
60°
0,36
90°
1
en paso directo
0,2 a 0,5
en derivación
1,5
D
R
90°
D
R
90°
= 2
D
R = radio de la fibra media del codo
ii
D = diámetro de la tubería
Estas pérdidas de carga de los accidentes del recorrido se
sustituyen pues por pérdidas de «longitud equivalente de la tu
bería» que, sumadas a la longitud real, dan lugar a la «longitud
ficticia total» que se toma en los cálculos para determinar la pér
dida de carga total dc cada tramo de tubería.
ii
®
®
(9)
(9S)
-
1
=
*b
=
1
ii
Para tuberías de pequeño diámetro pueden lomarse, como
ii
»• sí'
a
longitud equivalente dc las diferentes válvulas, codos y demás
o-
©
accesorios, las determinadas en el abaco anterior (fig. 34), de fá
cil comprensión.
ii
3.5.4.7.
ii
Método de cálculo
Como complemento de todo lo expuesto en el apartado 3.4.1
y para la determinación del diámetro de los distintos tramos de
©
(t OUJBJJ.)
IPZ) OUIBJJ.
la red interna de distribución dc gas, recomendamos, previa
mente a todo cálculo, trazar un plan esquemático de la instala
ción (ver fig. 35), señalando:
Z
= "b
® El punto de inicio de la red, marcado como punto cero y ca
racterizado por la presión de entrada /;„.
• Los puntos de utilización numerados de 1 a n, con indicación,
para cada uno de ellos, del caudal máximo utilizado y de la
presión mínima necesaria para el funcionamiento del quema-
iPt)
"
(fr)
1
=
©
•8"
er-i I
1
-.: «b
II
II
« >'
®
Fig. 35. — Esquema de instalación de tuberías.
,©
m
—%
h^j
^
r^
"1
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
102
103
En todos los casos, la velocidad de circulación del gas por las
dos precedentes. No obstante, siempre que se presente una incer-
tuberías será inferior a 30 m/s.
aquel que dé un aumento del diámetro. Igualmente, los diáme
tros calculados se redondearán a los diámetros norma izados
tfhace8por"letes paralelos: es el régimen laminar ode Poiselle.
tidumbre sobre el valor numérico de un parámetro, se escogerá
inmediatamente superiores. Las pérdidas de carga admisible para
el cálculo del diámetro de tuberías serán las indicadas a conti
nuación:
En una tubería de diámetro determinado, circulando un cau
dal de *as correspondiente a una velocidad pequeña, el derrame
Para un caudal correspondiente a una velocidad elevada, se
forman remolinos en el gas: es el régimen turbulento o dc
Venturi.
Existe finalmente una zona intermedia donde las leyes_del
derrame están bastante mal definidas: es el reg.men turbado o
Para acometida interior
(desde válvula de la acometida
hasta entrada del regulador)
distribución categoría MPA
^ 2,5 °/o de la presión mínima
de suministro. Como ésta no
puede ser inferior a 500 mm
c. a., la pérdida de carga no
será superior a 12,5 mm.
^ 2,5 % de la presión mínima
distribución categoría MPB
de suministro. Como ésta no
será inferior a 0,4 kg/cm2, la
pérdida dc carga no será su
perior a 100 mm c. a.
^ 2,5 % de la presión efectiva
distribución categoría API y
distribución categoría API1
mínima.
de Reynolds.
El paso de un régimen aotro no es gradual ni •«versibte^y
se produce bruscamente cuando el número de Reynolds Ralcanza
ciertos valores críticos. Este régimen es siempre laminar para
R< 2000 (caso que no se encuentra, prácticamente, más que en
canalizaciones interiores de pequeño diámetro).
3.5.4.2. Número de Reynolds
El número de Reynolds utilizado para definir el régimen de
circulación de gas es un número sin dimensiones siendo función
de la velocidad de circulación, de la masa especifica del gas, de
su viscosidad y del diámetro de la tubería:
GVD
VD
Para red de distribución interior
R =
V*
(desde válvula salida de la esta
ción receptora hasta puntos de
utilización)
< 15 mm c. a.
distribución categoría MPA
distribución categoría MPB
^ 10 °/o
presión
salida
regu
Kowarski, como sigue:
distribución categoría I
50
mbar)
< 15 mm c. a.
3 537
R =
distribución categoría II
ío %
lador
presión salida regu-
Q
X—•
V„
presión salida regulador = 1 a
4 bar kg/cm2)
u. = viscosidad total
v = viscosidad cinemática
El número de Reynolds puede calcularse por la fórmula de
lador.
(presión salida regulador
V = velocidad del gas
G = masa volúmica rs p
D — diámetro de la tubería
D
=
t
X
D
t*^|
r~--j
r—|
"1
105
DISTRIBUCIÓN; EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
104
Sustituyendo en la fórmula anterior u por su valor:
siendo:
Qvo
V0 = viscosidad cinemática del gas en unidades c. g. s. a
u=
15° C/760 mm
Q — caudal en mVh de gas a 15°, 760 mm
:X
n D2
T X Po
T„XP
Q„(273 + t)
= l»25 X
(1)
D2 X p
D = diámetro de la tubería en mm
El valor de x, que depende de la viscosidad cinemática del
Siendo: u = velocidad en m/s
gas, puede tomarse como:
Qv„ = caudal de gas m3 en condiciones normales
(15° C y 1013 mbar)
t = 16 000 para un gas de viscosidad cinemática media (gas
T = 273 + t (í = temperatura del gas en °C)
ciudad)
t = 24 300 para el aire
t = 22 300 para el metano y el gas natural
t = 72 000 para el propano
T„ = 273 + 15 = 288
p0 = 1013 bar = 1 kg/cm2
D
= diámetro interior tubería, en mm
p = presión absoluta, en bar o kg/cm2
3.5.4.3.
Pérdida de carga lineal
La experiencia demuestra que la pérdida de carga en los tubos
rectos, cilindricos y horizontales, es proporcional a la longitud
de la canalización y depende, además, de la velocidad media del
fluido, supuesto en derrame permanente, de su masa específica p,
del diámetro, y de un coeficiente de pérdida de carga K (R,) fun
ción del número dc Reynolds que, a su vez, depende de la masa
específica p, de la velocidad de circulación u, de la viscosidad
cinemática y del diámetro de la tubería. Anteriormente hemos
definido y dado una fórmula para el cálculo del número de
16 X Po X T X Q\o
AP
tendremos:
= po
A L
X
_J_ X K (Re) =
2 X r? X p X T„ X D'
D
8p„
(2)
D"
p X T„
donde po = masa específica de gas en las condiciones de referen
cia (igual a fpa] masa específica del aire X densidad
del gas respecto al aire).
Reynolds. Podremos escribir pues:
AP
AL"
1
W
X
X K (Re)
D
donde:
AP
= pérdida de carga lineal
AI.
P
= masa específica
u
= velocidad en m/s
D
= diámetro de la tubería en mm
K (R..)
= coeficiente de pérdida de carga (función del
n." de Reynolds)
3.5.4.4. Pérdida de carga sobre un tramo de longitud L
Debido a la noción de pérdida de carga, la presión varía cons
tantemente a lo largo de la tubería; por ello deberá utilizarse la
fórmula (2) en su forma diferencial e integrar entre la sección de
abscisas L= O, donde reina la presión Pa, y la sección de abscisas
L, donde hay la presión Pn. Es decir:
CPb
j
r l Spa X —
—p X dp= I
—r
X K (Re) X
T„
dL
D*
1
107
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
106
GAS NATURAL
Al contrario que en las redes de transporte o distribución, las
Lo que conduce en la hipótesis de T = constante a:
8p0
Tp0
ir
7o
„/n .
Cr\«L
P2a-P2b = -r X —— X K(Re) X ——
canalizaciones interiores de las industrias están formadas por
tramos suficientemente cortos para que, aun en altas presiones,
(3)
AP
^
.
.
,
1.
sea despreciable respecto a PA y por consiguiente, puede apli-
2
Nota: K(R<) puede tomarse como constante en todo el tramo de diáme
tro D, puesto que el número dc Reynolds es, como la viscosidad cinemáti
ca v, prácticamente independiente dc p.
3.5.4.5. Fórmulas y gráficos de baja y alta presión
carse la simplificación precedente.
La elección del valor numérico K(Re) es la causa principal de
las dificultades en los cálculos de las pérdidas de carga lineales.
En efecto, K(Re) depende, además del número de Reynols, de un
Existen en la literatura técnica gran número de fórmulas y aba
parámetro difícil de fijar, que es la rugosidad relativa del tubo.
cos que derivan todos de la fórmula general (3), y que se obtie
Como resultado de los valores experimentales mostrados por
Renouard para valores de Rc muy diferentes, representó en un
nen:
1) sustituyendo p„ p„ /., por sus valores, y dando a T un valor
medio constante. 7' — T„ — 15 °C;
línea curvilínea situada por encima de la curva de los tubos lisos
2) expresando a K (R.) en función de p„ p„ D y p;
3)
en los casos en que
Ap
gráfico los diferentes puntos encontrados correspondientes a
K = f(Rc) que formaban una nube de puntos situados en una
es despreciable ante P,\, y consi
y sensiblemente paralela a ésta, lo que le permitió establecer las
fórmulas siguientes para valores de K (coficiente de pérdida de
carga).
derando que:
•
Fórmula binomia general:
p-\, — F0 = (P, + P,,) {PA — Pn) = (2 PA — AP) AP
P2A — P2n
•
AP =
Fórmula monomia:
K = 0,172 Re*"
AP
Pa
para número de Reynolds elevados, comprendidos entre
2
2 X 104 y 2 X 10*
Sustituyendo P2.»— P?« por su valor según fórmula (3) tendre
•
mos:
8p„
AP =
%
K = 0,0103 + 1,59 Re
T
P„
Q:r„L
X K(Rt.) X
X
X
(5)
válida para número de Reynolds relativamente bajo referen
tes a pérdidas de carga en baja presión, que corresponden, apro-
ir
Pa AP
'/'..
Fórmula monomia simplificada:
K = 0,21 Re-°¿
Q
v siempre que
AP
ximadamenle, a valores de — < 150.
D
sea despreciable delante dc PA, lo que ocurre
En las fórmulas anteriores, Rc puede expresarse en función de
2
en el caso de las instalaciones a baja presión, la fórmula anterior
la densidad del gas, como sigue:
se reduce a:
4
Re =
8p„
AP = Pa — Pn =
T
X
ir
P„
X
T„
Q\„L
X KRV X ——Pa
W
|A
<•»)
X
n«
Qvo
D
Pao
X
x
D
"1
1
'—1
T
1
T
Pérdidas de carga kilométricas en mm de agua
108
—
Gi4S NATURAL
w
o
m
ato
~
s
•*
M
U
9
s
siendo:
p« = viscosidad dinámica del aire en las condiciones de refe
rencia;
pn„ = masa volumétrica del aire en las condiciones de refe
rencia;
d = densidad del gas respecto al aire.
Sustituyendo este valor de Re en la fórmula (5), el valor de
K(RC) en las fórmulas (3) y (4) y sustituyendo al mismo tiempo
p0, Po y T„ por sus valores y dando a T un valor medio constante,
resultan las fórmulas de Renouard siguientes:
Fórmula «Renouard» para baja presión, simplificada (p. efec
tiva; inferior a 50 mbar o 500 mm c.d.a.).
QI.8
Pa — P„ = 233 X 10' X
X d X L
(6)
Fórmula «Renouard» para alia presión (p. efectiva; superior
a 500 mm c.d.a.).
Pa — Pn = 48,6 X lO* X
D4.8
Xd X L
(7)
En las fórmulas anteriores tenemos:
Pa = presión absoluta en el origen en kg/cm2
Pn = presión absoluta final en kg/cm2
PA — P,¡ = pérdida dc carga kilométrica en kg/cm2
p~* —P!n = pérdida dc carga cuadrática kilométrica en kg/cm2
Q = caudal en mVh (15°, 760 mm)
D = diámetro de la tubería en mm
/. =• longitud tic la tubería en km
d = densidad del gas respecto al aire (d - 0,580 para el
gas natural).
Las fórmulas (5) y (6) lian permilido establecer el abaco
(íig. 31) para las bajas presiones y la fórmula (7) el de la (fig. 32)
para las altas presiones, que conducen, a costa de varias simpli
ficaciones, a una estimación más directa de la pérdida de carga
total de un tramo o de una red interna de tuberías, teniendo en
cuenta que la longitud real dc cada tramo debe sustituirse por
la «longitud equivalente», comprendiendo las pérdidas dc carga
singulares producidas por los codos, cambios de dirección y sec
ción, válvulas, etc.
ir
Pérdidas do enreja kilométricas pii mm de níiu;i
$ s
MOW
\lmrn
'
6CCOS
90UV
IVÍIW
3QÍ90C
SOfPCO
7
Renounrd nnra cálculo de las pérdidas dc carea
9.
112
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
113
Fórmula de Panhaudle Co
cálculo de pérdidas de carga en baja y alta presión dentro de los
Además de las fórmulas de Renouard, se han prescrito varias
fórmulas modernas, que difieren algo de la anterior, teniendo
límites indicados de los valores de Rt.
en cuenta la rugosidad de los tubos que modifica el valor del
construir una regla dc cálculo (GAZ DE FRANCE) basada en una
densidad ficticia de 0,5. Una graduación colocada sobre el cursor
permite tener en cuenta densidades ficticias diferentes de 0,5.
i
j. ,
i
Finalmentes, la fórmula de Panhaudle ha sido utilizada para
coeficiente de pérdida de carga. Este «coeficiente de rugosidad»
en la práctica está comprendido entre 0,8 y 0,95, siendo el coefi
ciente igual a 1 para los tubos lisos.
Los americanos, considerando dicha rugosidad, y corrigiendo
la densidad real del gas por unos factores relativos a la viscosi
dad, a la temperatura y al coeficiente de derrame, utilizan la
X df X L
D4fi6
/
(8)
empleando las mismas unidades que Renouard, y siendo d la
«densidad ficticia» igual a la densidad real afectada por un fac
tor de corrección.
Esta fórmula ha sido adoptada por la Dirección de la Pro
ducción y Transporte de Gas de France y es utilizada para el
calculo de grandes arterias de transporte de gas natural.
^La fórmula de Panhaudle, para un coeficiente de rugosidad
E - 0,8, da más pérdidas de carga cuadráticas por exceso infe
riores en un 4,5 % respecto a las señaladas por la fórmula de
Renouard para números de Reynolds comprendidos entre 2 X 106
y 2 X10» Para valores inferiores de 2 X10" no debe emplearse
la formula de Panhaudle, ya que da pérdidas de carga dema-
siado bajas.
La fórmula de Renouard para bajas presiones derivada de la
fórmula monomia simplificada de Reynolds K = 0,21 R,.-°-2 ha ser
vido de base para construir una pequeña regla de cálculo para
distribuciones a baja presión (longitud 17 cm, llamada de bol
sillo).
1»
/
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Caudales en mVhora a 15 °C y 760 mm
Fig. 33. — Nomograma para cálculo de pequeñas conducciones dc gas
a altas presiones.
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Para valores de Reynolds más elevados correspondientes a la
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QI.96
P2A — P2„ = 22 000
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fórmula siguiente establecida por Panhaudle:
FT
1
1
I
'—1
Por último, en la fig. 33 reproducimos un monograma para
r-
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
114
r^g
~1
115
(Wiyiwj)
el cálculo de pequeñas conducciones de gas a altas presiones,
según la fórmula simplificada de Renouard K= 0,21 Re-0* o bien
i*
piA — piB = 48,6 X 103
X d X L.
D4-8
3.5.4.6.
Pérdidas de carga singulares
Los codos y los accesorios de las tuberías provocan cambios
de dirección y de sección que ocasionan pérdidas de carga loca
les que deben añadirse a las pérdidas de carga de los tramos
Grifo de macho
rectos de tuberías.
r-90
Estas pérdidas de carga singulares no pueden determinarse
con mucha precisión, sobre todo al nivel de anteproyecto, donde
-60
r*>
las características del material previsto no son siempre cono
Válvula de retención
cidas.
(abierta completamente)
Codo de ángulo recto*15
Esta incertidumbre repercute sobre la pérdida de carga total
y, por consiguiente, parece lógico no buscar a toda costa una pre
|-e
cisión excesiva en el cálculo de las pérdidas de carga lineales, la
Aumento de diámetro _
d/D -14
cual resultaría, en definitiva, ilusoria.
Las pérdidas de carga singulares del recorrido pueden susti
tuirse por la producida por una prolongación de la tubería igual a:
d/D - V4
Te ordinaria
(paso en derivación)
E3=-
Paso ordinario
D
AL = K
¿onde
D
c
-V»
loo
-0.90
Codo de pequeño radio
o paso de te reducido
a la mitad del diámetro
o
CO
3—
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Codo de radio medio
i«*
c
<D
•Ml
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Disminución de diámetro-ojo
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d/D - 3/4
«
ho.is £
o
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\%- • 35 £
o
<3
o paso de te reducido
D en milímetros: 50 80 100 150 200 300 400 500 600 800 1000
D
rsj
65 E
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\\l-d/D-t/4
\V— d/D-1/2
Í5
de un cuarto del diámetro
E
•(0
Codo de 45°
|-o.oe o |
en metros: 1,7 3,5 4 7 10 16 23 30 38 54 71
%— -2o 5
Vz-
Codo de gran radio
o paso de te
O
99 +"
fl)
c
se da aproximadamente en función de D en el cuadro
siguiente:
<S" -A^=-*.
1-3
<Vr>-44
-o.oJ
y K se da en el cuadro siguiente:
Fig. 34. — Pérdidas de carga en la valvulería y accesorios de tuberías
referidas a las longitudes ficticias equivalentes.
•"-"""I
118
dor o aparato de utilización, o bien la presión mínima de en
trada al grupo regulador dc presión cuando dicho grupo sea
preciso.
• El esquema de la red, representado cada tramo por un seg
mento de línea recta, numerado según los puntos de utiliza
ción que alimentan. Por ejemplo se designará por (2.3.4) o
abreviado (2.4), el tramo recorrido por el gas destinado a ser
utilizado en los puntos 2, 3 y 4.
•
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
119
Aconsejamos establecer un cuadro recapitulativo en el cual se
anoten, tramo por tramo, todos los datos: caudales, presiones en
cada punto de utilización, longitudes lineales y equivalentes (co
rrespondientes a los obstáculos), pérdidas de carga admitidas y
los valores calculados de diámetro, velocidades de circulación
y presión residual.
3.6.
Los consumos de gas de cada tramo. Si los aparatos corres
Comprobación, ensayos, puesta en servicio
y paro de la explotación
pondientes pueden funcionar simultáneamente a plena poten
cia, el caudal a considerar en el ejemplo anterior será natu
ralmente:
O,.,. (24) = Q„, (2) + Q,„(3) + Q,„(4)
En caso contrario, el caudal total será disminuido según el
coeficiente de simultaneidad.
•
•
Se anotará, sobre cada tramo, la longitud real del mismo, agre
gando la longitud equivalente de los accidentes y accesorios.
Toda singularidad situada en la unión de dos tramos será
considerada en el tramo siguiente.
•
Una vez terminado el montaje de las instalaciones de gas y
red interna de tuberías, y antes de su conexión con la acometida
de suministro de la Empresa distribuidora, se realizan una serie
de ensayos, que corrientemente son los siguientes:
buidora).
•
No debe olvidarse el señalar las posibles extensiones futuras
de la red con indicación de la ampliación de consumo.
Una vez trazado el esquema y señalados todos los datos ante
riores, se procederá al cálculo de cada tramo de tubería, utili
zando los abacos de la fig. 31 para las bajas presiones (inferiores
a 500 mm c.a. efectivos) o de la fig. 32 para las altas presiones
(superiores a 500 mm c.a.). Se tomará siempre el diámetro co
mercial por exceso. Establecidos los diámetros, se comprobará
si las pérdidas de carga son las admitidas en cada caso, y si la
velocidad de circulación del gas no sobrepasa los 30 m/s, con ob
jeto de evitar ruidos y vibraciones. En caso necesario se adopta
rán los diámetros superiores que correspondan a dicha velocidad.
Resulta muy práctico utilizar para estos cálculos la regla de
cálculo confeccionada a este efecto por «GAZ DE FRANCE» (lon
gitud 27 cm, regla de oficina).
Ensayo de resistencia mecánica (prueba hidráulica) del con
junto de tuberías y accesorios instalados (siempre que lo exi
jan las reglamentaciones oficiales o de la Empresa distri
Ensayos de estanquidad, que deben efectuarse siempre antes
de la primera puesta en servicio o después de cualquier mo
dificación de la instalación.
•
Control radiográfico de las soldaduras.
•
Ensayo de funcionamiento que tiene por objeto comprobar,
con los aparatos de utilización en servicio, que la instalación,
los aparatos de regulación, medida y control, así como la red
de distribución interna, responden a las exigencias de explo
tación previstas.
3.6.1.
Ensayo de resistencia mecánica
Este ensayo consiste en someter al conjunto de tuberías y
accesorios de canalización y valvulcría a una presión hidráulica
de prueba, a excepción de los aparatos reductores dc presión,
control y accesorios diversos garantizados por el constructor y
aislados por una junta ciega.
1
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1
120
GAS NATURAL
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
121
El agua utilizada debe estar exenta de sedimentos en suspen
sión. A continuación de la prueba, la canalización debe purgarse
y secarse cuidadosamente.
• en media y alta presión, por un manómetro de columna de
mercurio o por un manómetro metálico cuya sensibilidad sea,
como mínimo, igual al 5 °/o de la presión de ensayo.
La presión de prueba será 1,5 veces la presión máxima sus
ceptible de alcanzarse, con un margen de + 10 %.
Cuando se haya obtenido la estabilización de la presión en la
canalización ensayada, se comprueba que la misma quede com
pletamente aislada, por medio de válvulas o de bridas, del resto
La presión se controla por un manómetro, cuya precisión per
mita evaluar el valor absoluto del margen citado.
de la instalación.
elementos enterrados, empotrados o colocados dentro de forros
protectores deben haberse probado previamente.
No se procederá nunca a la localización de fugas de gas com
bustible mediante el empleo dc una llama, cerilla, etc. Dicha loca
lización se efectuará con un pincel mojado en agua jabonosa o
en producto espumante, aplicado en todas las juntas, racores,
soldaduras, estopadas, etc.
3.6.2.
3.6.3.
La presión debe mantenerse sin variación durante el tiempo
necesario a la inspección de la instalación. Durante las pruebas
las canalizaciones deben ser visitables en toda su extensión. Los
Ensayo de estanquidad
Este ensayo se realiza sobre el conjunto de canalizaciones y
accesorios sometidos al mismo tipo dc presión. Durante los en
sayos, toda la canalización debe ser visitable.
En general, el ensayo de estanquidad se efectúa con aire, con
gas inerte o con el gas distribuido, y consiste en llevar el fluido a
la presión de ensayo y comprobar la ausencia dc fugas.
Control radiográfico de las soldaduras
El control radiográfico se efectuará en todas las uniones que
se hagan con soldadura, al 100 °/o para las canalizaciones que
puedan ser sometidas a una presión igual o superior a 32 kg/cm2.
Para la canalización sometida a una presión inferior a 32 kg/cm2,
las radiografías se liarán al 30 % de las soldaduras. En este caso,
el ensayo se efectuará por muestreo, siguiendo el criterio de
selección que establezca en cada caso la Empresa distribuidora.
Las presiones y tiempos de ensayo serán las siguientes:
Presión de trabajo
0 a
350 mm c.d.a.
350 a 3 500 mm c.d.a.
3 500 mm a 2,3 kg/cm2
superior a 2,3 kg/cm2
Presión de ensayo
Tiempo
0,21 kg/cm2
1
kg/cm2
3,5 kg/cm2
Presión de trabajo X 1,5
10 minutos
24 horas
24
»
24
»
La presión deberá permanecer constante durante el tiempo de
prueba, considerando las variaciones dc temperatura antes y al
final del ensayo.
La presión se medirá:
• en baja presión, por un manómetro dc columna de líquido.
3.6.4.
Ensayo de funcionamiento
Después de que se hayan realizado los ensayos de presión y
estanquidad, deberá purgarse con gas la red, con el fin de expul
sar el aire o los gases inertes de la prueba, de forma que quede
en disposición de su puesta en servicio, sin peligro de mezclas
explosivas.
Para ello, se conectarán los extremos de la red con una man
guera o tubería eventual, cuyo extremo de salida dc purga estará
al aire libre, y como mínimo a 3 m de cualquier edificio o toma
de aire. También podrá purgarse mediante una antorcha o que
mador dc purga precedido dc un cierre hidráulico anti-retorno
de llama. Para conocer si la tubería está bien purgada se toma
rán muestras con globo dc toma de muestras. En el lugar en
DISTRIBUCIÓN, EQUIPOS Y REDES
GAS NATURAL
122
que se efectúe la purga, no se permitirá fumar, tomándose las
máximas precauciones contra todo posible foco de inflamación.
A continuación se efectuará un ensayo de funcionamiento de
•
123
Solicitar, finalmente, cuando la instalación esté terminada, la
autorización de puesta en marcha y funcionamiento a la De
legación Provincial de Industria correspondiente.
toda la instalación, con el fin de comprobar que las presiones en
No se realizará la puesta en marcha, si el usuario no ha reci
distintos puntos de utilización son las prefijadas, y que todos
bido, por parte de la firma instaladora, las instrucciones para el
los aparatos de regulación, filtrado, contaje, etc., funcionan per
fectamente. Siempre que sea posible, este ensayo se efectuará
antes dc la puesta en servicio definitiva de la instalación. El re
sultado dc este ensayo figurará en el dossier técnico de la insta
lación. En caso de eventual puesta fuera de servicio de la insta
manejo y mantenimiento de la instalación.
lación, las conducciones de gas deberán igualmente purgarse
como anteriormente, empleando en este caso aire insuflado, to
mando todas las precauciones necesarias para evitar cualquier
inflamación. Es recomendable en cualquier caso, y especialmen
te cuando la tubería sea de un diámetro igual o mayor de 100 mm,
efectuar las purgas mediante anhídrido carbónico, nitrógeno o
con una mezcla de ambos.
3.6.5. Trámites necesarios para la puesta en marcha
Para la puesta en servicio dc cualquier instalación, se reque
rirá:
• Presentar el proyecto dc instalación y red interior dc distri
bución a la Empresa suministradora dc gas para su aproba
ción o reparos.
•
Solicitar la autorización dc la instalación a las Delegaciones
Provinciales del Ministerio dc Industria correspondientes,
acompañando a la solicitud: memoria, planos, descripción dc
aparatos y documentos oficiales dc timbrado dc filtros y de
prueba de aparatos realizados por los constructores, así como
actas dc verificación dc contadores o aparatos de medición,
exponiendo que la instalación cumple con lodos los requisi
tos, reglamentos y normas exigidos por la Delegación de In
dustria, así como por los exigidos por ENAGAS o la Empresa
distribuidora.
•
Extender el Boletín de solicitud dc suministro a la Empresa
distribuidora.
1
T
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r^%
CAPITULO IV
Quemadores industriales
4.1.
Definición y funciones de un quemador
Quemador es el órgano destinado a la producción de la llama,
poniendo en contacto las cantidades necesarias de aire y gas para
que se realice la combustión.
El quemador tiene por función:
•
Asegurar la mezcla de aire y gas en proporciones convenien
tes y mantenerla constante entre determinada gama de cau
dales.
• Permitir la regulación de los caudales de aire y gas.
•
Mantener la estabilidad de la llama.
•
Dar a la llama las dimensiones apropiadas a las del recinto
•
Dar, eventualmente, a la llama un poder de radiación sufi
donde se efectúa la combustión.
ciente.
El comburente generalmente empleado es el aire frío. En al
gunos casos se emplea el aire caliente. Excepcionalmente puede
ser aire enriquecido con oxígeno u oxígeno puro.
La llama debe ser estable, es decir, no debe desprenderse del
quemador ni propagarse a su interior, para lo que debe tenerse
en cuenta su velocidad de salida respecto a la velocidad de pro
pagación de la llama. Si la velocidad de salida es superior a la
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QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
126
de propagación de la llama, ésta se desprende del quemador. Si
es inferior, la llama se propaga al interior del quemador, donde
arde (caso de mezcla previa de gas y aire). En los quemadores
industriales existen, no obstante, diversos dispositivos para esta
bilizar la llama con velocidades de salida elevadas.
Los quemadores standard no permiten siempre la adaptación
de la llama al recinto o cámara de combustión donde se desarro
lla, particularmente cuando deben trabajar con una extensa gama
de caudales. En efecto: la sección de salida de la mezcla aire-gas
tiene un valor constante; las variaciones de caudal se obtienen
por variación de la presión, por lo que la velocidad de salida
de la mezcla no permanece constante y, en consecuencia, la di
mensión de las llamas varía.
Los quemadores que funcionan con varios gases de distinta
naturaleza se llaman «multigás» o «todogás»: los que pueden fun
cionar con distintos combustibles se llaman «mixtos» o «multi-
combustibles». Generalmente, el segundo combustible es líquido.
Normalmente, fuel-oil.
=1
p^^
127
de anhídrido carbónico, vapor de agua y nitrógeno del aire de
combustión. Pueden también comprender oxígeno (en exceso) y
anhídrido sulfuroso y sulfúrico en las combustiones con conte
nido de azufre (especialmente en el caso de fuel-oil y de carbo
nes). Estos dos últimos cuerpos son despreciables en los produc
tos de combustión del gas natural distribuido.
Si la combustión es incompleta, se encuentran en los produc
tos de combustión inquemados o productos de reacción parcial,
especialmente óxido de carbono e hidrógeno, así como, eventualmente, metano, etc. Pueden incluso encontrarse inquemados só
lidos en suspensión (carbono libre).
Las llamas y los productos de combustión son medios quími
camente activos frente a los cuerpos que se encuentran inmersos
en ellos. En condiciones definidas de presión y temperatura, esta
acción puede ser reductora, neutra u oxidante respecto a los
productos tratados pero, prescindiendo de ello, se puede hablar
únicamente de combustión con falta de aire, teórica o estequiométrica, y con exceso de aire.
Si el gas y el otro combustible puede quemar conjuntamente,
La acción de los productos de combustión sobre los metales
el quemador es de marcha simultánea. De lo contrario, es de
no solamente es oxidante, neutra o reductora, sino que puede ser
marcha alternativa.-
carburante o descarburante.
Las llamas se clasifican, según el modo dc mezclarse el aire
b
4.2.
Características de la llama y de los productos
de combustión
La llama es el límite del espacio en donde tiene lugar la reac
ción dc combustión. Es pues un volumen de gas delerminado del
que es posible conocer sus dimensiones. Especialmente la longi
tud de llama es una noción utilizada corrientemente.
Hay que señalar que los quemadores catalíticos (activación
química dc las reacciones) o dc combustión alveolar o sobre
masa de contacto (activación física dc las reacciones en contac
to con un sólido caliente) permiten una combustión sin llama
aparente, es decir, sin llama visible.
Productos dc combustión son los gases desprendidos dc la
llama. Si la combustión es completa, se componen -sencialmcnte
y el gas, en llamas de mezcla previa y llamas sin mezcla previa.
A estas últimas se las conoce también como «llamas de difusión»,
aunque se utiliza preferentemente esta designación para las ob
tenidas por derrame del gas sólo en la atmósfera.
Las llamas dc difusión pura son las obtenidas por derrame
dc gas puro a través de unos o varios orificios. Según el régimen
del derrame, aunque el aire de combustión siempre sea tomado
de la atmósfera por difusión, se clasifican en:
•
•
llamas de difusión pura laminares, o llamas blancas,
llamas dc difusión pura turbulentas, o llamas dc antorcha.
En las llamas obtenidas por derrame separado del aire y del
gas, el grado de turbulencia disminuye el tiempo de mezcla y,
por consiguiente, el tiempo de combustión.
T
"1
QUEMADORES INDUSTRIALES
129
GAS NATURAL
128
Las llamas de premezcla son las obtenidas por mezcla previa
parcial o total del gas y del aire de combustión.
porcional a la distancia que separa la reacción en un instante
determinado del estado final, es decir, de la combustión com
pleta».
Estos tres tipos dc llamas tienen, cada uno de ellos, propieda
des bien definidas, aunque en muchos casos es posible obtener
con llamas del segundo tipo resultados prácticos idénticos a los
de las llamas del tercer tipo o dc premezcla.
Las llamas dc difusión vienen caracterizadas por el valor del
número de Reynolds y del chorro dc gas, en la sección del orificio
de salido del quemador.
Si el número dc Reynolds es inferior a 1500, aproximada
mente, se obtienen las llamas dc difusión pura en régimen la
4.3.
Volumen de la cámara de combustión
El volumen de la cámara de combustión (recinto donde se
desarrolla la llama) depende del tipo dc combustible y de las
características del quemador. Utilizando gas como combustible,
y para una cámara equipada con quemadores corrientes con pre
mezcla previa de gas y aire, el volumen de la cámara de com
bustión se calcula por la fórmula:
minar.
Si el número de Reynolds es superior a 10 000, se obtienen
V =
Qv
llamas de difusión pura en régimen turbulento.
En las llamas de difusión, la combustión se realiza tanto más
rápidamente cuanto más rápida es la mezcla de aire y gas.
La combustión más lenta se obtiene con las llamas dc difu
sión de un chorro dc gas puro en el aire. Para las llamas alimen
tadas con aire y gas a presión sin mezcla, el tiempo de combus
tión es tanto más corto cuanto menor es el tiempo de mezcla.
siendo:
V = volumen de la cámara en m3
Q = potencia calorífica en termias por hora.
Qv = carga volúmica (o tasa de combustión) en te/h por m3 de
cámara.
Por ejemplo, los tiempos dc mezcla son decrecientes para:
— chorros paralelos separados dc aire y gas,
—chorros paralelos divididos que favorezcan la mezcla,
— derrames de fuerte turbulencia, obtenidos por convergencia
o rotación dc los chorros, o incluso por medio dc obstáculos
colocados en su recorrido.
En las premezclas dc aire y gas. ios tiempos de combus
tión son evidentemente más cortos.
En una llama, al principio dc la combustión, las moléculas de
comburente y de combustible reaccionan muy rápidas, pero a
medida que la combustión avanza los cuerpos en reacción se
diluyen en l"s productos <l<- combustión y aquélln c retrasa.
Una hipótesis debidamente comprobada en la náclicti es que
«la velo, ¡dad íii-.I:-mI:uh-íi d • •ombu-i i..., cu i"-
l'-unn es pro-
En el cuadro siguiente damos los valores de carga volumé
trica admisible en una cámara de combustión para algunos tipos
dc quemadores, y diferentes valores de Qx / Q„ para los valores
medios del coeficiente K encontrados experimentaimen te en hor
nos industriales, siendo Q t / Q„ la relación entre la cantidad to
tal de calor efectivamente desprendida por la combustión en el
instante / y la cantidad total de calor que puede desprenderse
por la combustión. Damos los valores de la carga volúmica (carga
volúmica o carga específica) para valores de
Qx
de 0,5; 0,6; 0,7;
0,8 y 0,9 en una cámara de combustión donde ésta no se realiza
completamente
1
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
130
Coe
ficien
te
Tipo de quemador
K
Quemadores sin pre
mezcla
Quemadores construidos
1,5
de obra en el horno dc
a
Caraa volumétrica en termias/h X m3 pa
ra diferentes valores Qt/Qo en la cámara
de combustión (sin prccalentamiento)
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1875
1250
790
515
312
corrientes paralelas
2
2 500
1670
1050
690
410
Quemadores construidos
de obra en el horno de
2.5
3 100
2 080
1320
865
520
3
3 750
2 500
1580
1035
625
5 000
4 340
2100
1380
835
6 250
4 170
2 630
1725
1040
corrientes convergentes
Quemadores metálicos
a
de turbulencia débil
4
5
Quemadores metálicos
a
6
7 500
5 000
3160
2 070
1250
de turbulencia fuerte
Quemadores de mezcla
8
10 000
8 670
4 210
2 760
1670
previa
a
12500
8 350
5 260
3 450
2080
10
4.4. Definiciones comunes a todos los quemadores
de gas
Potencia térmica
Es la cantidad de calor en kcal/h que puede proporcionar un
quemador. Su valor es el producto del caudal en m/h del que
mador utilizado por el poder calorífico inferior del gas. También
puede denominarse caudal o carga térmica.
Según el valor de este producto, los quemadores pueden cla
sificarse, en primera aproximación, en: domésticos cuando di
cha cantidad dc calor es inferior a 25 000 kcal/h; comercíales, cuando la potencia está comprendida entre 25 000 y
131
Este dato es importante en el proyecto de la cámara de com
bustión. Una carga térmica elevada requiere un tipo de material
refractario que resista mejor la temperatura que la de una cá
mara con carga térmica baja, en donde la radiación de la llama
se distribuye mejor y donde la temperatura de la cámara de
combustión es más baja.
Potencia específica
Es el cociente entre la cantidad de calor en kcal/h suminis
trada por el quemador o potencia térmica, y la sección de los
orificios de salida del mismo.
Velocidad de propagación de la llama
Es muy importante en el proyecto y fabricación de quema
dores, ya que determina la posibilidad de desprendimiento de
la llama de la boca del quemador o bien el retroceso de la misma.
Para que la llama de un quemador de gas sea estable es pre
ciso que la velocidad de salida del gas de la boca del quemador
no sea mayor ni menor que la velocidad de propagación de la
llama, y esté comprendida entre la velocidad de retroceso de la
llama y la velocidad de desprendimiento de ésta.
Modulación de un quemador
Es la relación entre el caudal térmico máximo y el caudal
térmico mínimo compatible con un funcionamiento correcto del
quemador (estabilidad de la llama, ausencia de inquemados,
etc). La modulación de ciertos quemadores puede alcanzar valo
res muy elevados (50 veces o más). Cuando se exigen caracterís
ticas de llama parecidas variando el caudal, la modulación del
quemador adquiere valores mucho más modestos (5 a 10, máx.).
150 000 kcal/h; industriales, cuando la polencia sobrepasa
Impulsión
las 150 000 kcal/h.
La impulsión es la suma de dos términos: el caudal dc la
cantidad dc movimiento y de la presión estática. Para un in
yector (suponiendo la velocidad uniforme en la sección de sa:
lida), la expresión de la impulsión viene dada por:
Carga volumétrica
Es la carga téimica por metro cúbico. Su valor es el cociente
entre la potencia total suministrada por un quemador y el vo
lumen del recinto en que la llama se desarrolla.
G = Q,„ Vs + (P< — Pe) Ss
GAS NATURAL
132
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V3 velocidad del fluido en la sección de salida del inyector
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P, presión del fluido en la sección de salida del inyector (Pa)
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Pe presión de entrada al inyector (Pa)
S, sección de salida del inyector (m2)
G impulsión (N)
quemadores túnel intensivos.
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Aplicándola no solamente al chorro de gas combustible, sino
también a los productos de combustión, puede utilizársela en los
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La impulsión tiene las dimensiones de una fuerza (Newton
o kgf; 1 N = 0,102 kgf).
La noción de impulsión se utiliza para ciertos quemadores de
hornos, como pueden ser los hornos Martin para fusión de acero
y para hornos de fusión de vidrio.
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4.5.
Clasificación de los quemadores
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111
Diversos autores se han preocupado, desde hace tiempo, por el
problema de la clasificación lógica de los quemadores; ésta po
día establecerse según:
•
•
el principio de funcionamiento,
el tipo de construcción,
•
las características de utilización.
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Por ello, la Comisión de Utilización de la I. G. U. (Internatio
nal Gas Union) ha establecido una clasificación numérica que
caracteriza sus diferentes variables, independientemente de que
un mismo tipo de quemador pueda recibir de cada constructor
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Ninguna de estas clasificaciones es suficiente para definir sus
características y facilitar la elección dc un quemador en vista a
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QUEMADORES INDUSTRIALES
135
GAS NATURAL
134
Quemador de aire y gas separados, de derrame
En esta clasificación, cada quemador queda designado por un
convergente en pieza cónica.
Quemador de caldera con lanzas de gas.
grupo de 6 cifras, de las que cada cifra puede tener diversas
variantes:
tal sobre una bóveda refractaria (el mezclador no
forma parte del quemador).
(7 variantes).
aire-gas.
riantes).
cifra:
cifra: precalentamiento o no del aire de combustión (3 va
riantes).
Las diferentes cifras a utilizar son las siguientes (cuadro «Cla
sificación de los Quemadores industriales»).
742.061
4.6. Tipos de quemadores
Los quemadores de gas pueden ser de dos tipos genéricos:
• quemadores de mezcla previa (aire y gas),
• quemadores de alimentación separada aire y gas (sin mezcla
previa).
Ejemplos:
• Quemador de rampa o antorcha de inducción at
mosférica.
361.441
Quemador de combustión sumergida sin premezcla
3.a cifra: derrame de aire-gas en los orificios de salida (6 va
manera de estabilizar la llama (4 variantes),
localización de la combustión (7 variantes).
723.213
Quemador de derrame tangencial de premezcla to
modo de formación de la mezcla aire-gas (7 variantes),
cifra: categorías de presión de alimentación en aire y en gas
cifra:
cifra:
723.222
411.011
4.6.1.
Quemadores de mezcla previa
• Quemador de joyería con aire y gas separados.
722.011
Producen, como hemos dicho, llamas de mezcla previa carac
•
371.441
terizadas porque una parte (aire primario) o la totalidad del
Quemador dc choque.
aire necesario a la combustión completa, se mezcla con el gas
• Quemador de radiación o alta temperatura, pieza
refractaria de orificios múltiples cilindricos, reci
biendo la premezcla total de aire y gas bajo pre
sión procedente de una cámara de mezcla.
a la entrada del quemador o inmediatamente antes del mismo.
221.252
• Quemador de masa de contacto alimentado con
En caso necesario, se admite parte del aire (aire secundario)
correspondiente a la combustión completa, con objeto de termi
nar dicha combustión.
premezcla por mezclador de aire inductor y gas
distendido (el mezclador, que puede ser común a
varios quemadores, no forma parte del quemador).
375.431
Panel radiante catalítico.
715.071
Quemador de chorro (jet).
Quemador dc chorro (jet).
Quemador dc chorro (jet).
Quemador radiante a alta temperatura de copa.
Quemador dc tubo radiante a alia temperatura,
con recuperador incorporado.
Quemador para horno Hollinan de cerámica.
220.251
371.251
Un quemador de mezcla previa está caracterizado por:
• Su potencia específica unitaria (relación de la potencia tér
mica a la sección del orificio de salida).
• El factor de aire de la premezcla (relación de aire primario
respecto al aire teórico).
La estabilidad de la llama está afectada por dos fenómenos
743.251
371.441
722.063
712.011
que se manifiestan de manera opuesta:
•
El retorno de llama.
•
El desprendimiento de llama.
"^
GAS NATURAL
136
QUEMADORES INDUSTRIALES
Las diversas técnicas de estabilización de las llamas ponen
en práctica las consideraciones teóricas concernientes a estos
dos fenómenos, utilizando la influencia favorable de ciertos
factores y reduciendo la acción nefasta de aquellos cuya influen
cia es desfavorable a la estabilidad.
En los quemadores de premezcla, ésta tiene que efectuarse en
un mezclador que tiene por objeto suministrar al quemador una
mezcla de aire y de gas, de la que se fija la proporción, el caudal
y la presión. La proporción está caracterizada por la relación
• el aire comprimido aspira el gas, que es parcialmente despre
surizado o reducido a la presión atmosférica: mezcladores de
AIRE INDUCTOR Y GAS DESPRESURIZADO;
•
el aire y el gas están ambos a presión.
Los dos primeros casos son los más corrientes. En el cuadro
siguiente se comparan ambos tipos de mezcladores de inducción.
Mezclador de inducción
Mezclador de aire inductor
atmosférica
y gas despresurizado
aire/gas.
Existen varios sistemas dc mezcla:
•
máquinas de mezcla, compuestas dc un surpresor con un mez
clador de dos orificios calibrados en la aspiración, alimenta
dos por aire atmosférico y gas regulado a la presión atmos
Sencillez de construcción
Construcción más complicada (regu
lador dc gas)
Utiliza sólo la presión del gas
Exige un surpresor de aire
Precio de compra bajo
Precio de compra gravado por el del
regulador de gas y el surpresor de
férica. Estas instalaciones son conocidas con el nombre de
aire
«grupos dc premezcla»;
•
cámaras Dii mezcla, alimentadas con aire y gas a presión por
dos canalizaciones provistas de válvulas de regulación pro
gresivas y de mando simultáneo. Una mezcla dc ese tipo se
obtiene según la disposición esquemática de la íig. 36;
•
137
mezciadorus ni- inducción, dispositivos (generalmente un in
yector y venluri) en los cuales se utiliza la energía de un flui
do para aspirar al otro. Son los empleados más frecuente
Presión de mezcla baja
Presión de mezcla elevada
Modulación 1 a 3 como máximo
Modulación pudiendo sobrepasar 1
a 5
Sensibilidad a las contrapresiones
Insensibilidad a las contrapresiones
de las cámaras de combustión
dc las cámaras de combustión
Tamaño excesivo para los quemado
res dc gran caudal
Tamaño que no puede ser muy re
ducido para los quemadores de pe
queño caudal
Factor de aire casi siempre inferior
Factor de aire primario elevado, pu
diendo sobrepasar fácilmente la
a la unidad
mente.
unidad
Regulación
Potencia: válvula de gas. Relación
aire/gas: aro regulación aire
Fig. 36. — Esquema de cámara
de mezcla.
Energía: no es necesaria energía su
plementaria (presión normal del
gas)
Regulación
Potencia:
válvula de aire. Relación
aire/gas: sección de paso del gas
despresurizado
Energía: consumo de energía suple
mentaria (electricidad) para el sur
presor de aire
En los mezcladores dc inducción se distinguen los casos si
guientes:
9 el gas a la presión dc la red o comprimido es el Huido induc
tor que aspira el aire ambiente: mi/cladori-s ni- inducción
atmosférica;
4.6.1.1.
Quemador dc mezcla previa por inducción atmosférica
Está constituido por un venturi cuyas características de cons
trucción pueden ser, por ejemplo, las indicadas en la fig. 37
adjunta.
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=1
QUEMADORES INDUSTRIALES
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139
GAS NATURAL
138
Salida de
la mezcla
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Inyector
de gas
Fig. 37
Aire primario
bajo presión
Aire secundario
Gas
atmosférico
bajo presión
La forma del cono convergente tiene poca influencia en la
Fig. 38
aspiración del aire. Es preferible que termine en una parte cilin
drica a fin de que la pérdida de carga sea la más baja posible.
Los mezcladores de inducción atmosférica corrientes, alimen
Los mezcladores de este tipo pueden construirse para poten
cias unitarias de hasta 1 000 termias/h. Normalmente alcanzan
no es necesario en la premezcla obtener la cantidad de aire
tados con gas a muy baja presión (100 mm c. a., por ejemplo), no
permiten más que un arrastre de aire próximo a los 3 m3 de
aire por m3 de gas, por lo que resulta insuficiente a todas luces
para el gas natural, el cual necesita de 10 a 12 m3 de aire para su
combustión completa. Dicho valor es suficiente, no obstante, para
una llama libre, ya que el aire secundario lo toma por difusión
teórica.
del aire ambiente alrededor de la llama.
potencias de 25 a 250 termias/h. La ventaja del sistema es su
gran simplicidad y bajo coste. Se emplea cuando se dispone dc
presiones de mezcla próximas a la presión atmosférica y cuando
Su principal inconveniente reside en la sensibilidad del arras
tre de aire a las variaciones dc presión en el recinto o cámara
donde está colocado el quemador.
La fig. 38 representa un quemador industrial de ese tipo. La
regulación del caudal de gas se obtiene por variación de la pre
sión en el inyector (basta abrir y cerrar progresivamente la vál
vula de gas). La regulación del aire en un quemador de este tipo,
Para la alimentación de recintos cerrados: cámaras de com
bustión, hornos, tubos, etc., dicho valor es insuficiente, debiendo
recurrírse a mezcladores de inducción atmosférica especiales de
alta presión de inyección y doble inducción, los cuales dan un
arrastre de aire más elevado y suministran una mezcla combus
tible próxima a la composición estequiométrica.
alimentado con gas a presión constante, puede hacerse:
Los quemadores de mezcla por inducción atmosférica son,
prácticamente, los únicos utilizados en las aplicaciones domés
• por obturación de la sección de entrada del aire, que puede
ser por disco roscado, por anillo móvil obturando los orificios
ticas, con excepción de algunos quemadores de llama blanca y
quemadores automáticos de calderas de calefacción y de calen
tadores de agua, que actualmente ya han caído en desuso.
de entrada de aire, o por capuchón deslizante sobre el in
yector;
61 por desplazamiento dc la boquilla del inyector respecto al
venturi;
•
por estrangulannento del cuello del venturi (no recomen
dable).
En aplicaciones industriales, los mezcladores dc inducción
atmosférica alimentan quemadores de llama libre: antorchas,
pipas, quemadores de corona; sin embargo, también la boca del
quemador puede desembocar en un recinto dc obra, en un túnel,
sobre una superficie refractaria, etc.
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
En la fig. 39 se representa un quemador para hornos indus
triales con gas a alta presión de doble inducción atmosférica de
aire. La presión del gas puede alcanzar y sobrepasar los 3 m de
La regulación de los caudales de aire y gas se hace separa
damente. El usuario debe por lo tanto proceder a la regulación
de la potencia y de la naturaleza de la combustión.
columna de agua.
Estos quemadores permiten obtener una proporción de aire
bastante elevada y una presión de la mezcla superior al caso de
quemadores de inducción atmosférica.
140
141
Se utilizan mucho en quemadores de llama libre, quemadores
antorcha y sopletes, donde el usuario puede juzgar fácilmente
el resultado de su regulación, tanto por el efecto térmico pro
ducido como por la acción oxidante o reductora de la llama sobre
el producto tratado.
La fig. 40 representa un mezclador con aire inductor a presión
y gas despresurizado a la presión atmosférica.
Fi». 39
Fig. 40.
4.6.1.2. Quemador dc mezcla previa por aire inductor
La mezcla se realiza, en este caso, con un inyector de aire a
presión, tomando el gas a la presión dc la red o reducido a la
presión atmosférica.
Estos últimos mezcladores permiten alcanzar relaciones airegas que sobrepasen la proporción eslequiométrica, así como que
dicha relación aire-gas permanezca constante para variaciones
dc caudal de 1 a 5.
"I
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142
'—U
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
La presión del aire se obtiene, según el valor de dicha rela
ción, mediante ventiladores centrífugos o supresores volumétri
cos de paletas o de pistones rotativos (tipo Roots).
143
un pistón que se desplaza según el valor relativo de la presión
de mezcla, después de las lumbreras, respecto a la presión del
aire.
Los mezcladores de aire inductor y gas despresurizado se em
plean mucho para quemadores dc hornos o aparatos térmicos
que necesitan una fácil regulación de la potencia en una amplia
gama, manteniendo constante la relación aire-gas, es decir, con
servando constante la composición de los productos de combus
Accionamiento del regulador
por la presión de aire
Pistón de traslación
vertical provisto de
lumbreras
Camisa provista de lumbreras
tión.
Mando manual
de desplazamiento
de la camisa
4.6.1.3. Quemadores de mezcla previa en máquinas mezcladoras
Las máquinas mezcladoras permiten obtener una mezcla de
composición y presión rigurosamente constante. El principio se
basa en un surpresor alimentado en la aspiración por aire y gas
a la presión atmosférica, los cuales penetran por orificios cali
brados cuyas secciones fijan la relación aire-gas.
Como las máquinas mezcladoras se utilizan para producir una
mezcla de composición próxima a la estequiométrica, el poder
calorífico de la mezcla es aproximadamente el mismo para to
dos los gases combustibles. Dichas máquinas se construyen hasta
4 000 mVh de mezcla, que corresponde sensiblemente a 40 000 ter
mias/h en el caso dd gas natural.
Este sistema dc mezcla permite variaciones dc caudal de 1 a
20. Se utiliza principalmente para quemadores intensivos, que
madores túnel de impulsión y quemadores radiantes dc alta tem
Gas
—¥•
.Aire
filtrado
Regulador de
presión de gas
Membrana de mando del pistón
Cilindro en depresión
Mezclador.
Gas
Aire
Mezcla
Fig. 41. — Mezclador de máquina de mezcla.
peratura, que exigen generalmente una mezcla total (con lodo
4.6.1.4. Quemadores dc llamas libres alimentados en premezcla
el aire estequiométrico) a tina presión importante. La constan
cia de la mezcla permite una regulación precisa de temperatura
sin modificación dc la atmósfera dc los bornos. Se emplean, por
ejemplo, en ciertos quemadores de calentamiento de feeders dc
das a los orificios de salida del quemador sin contacto con una
hornos dc vidrio.
La figura 41 representa un Upo de mezclador que se halla
normalmente en el mercado, en el cual la presión del gas se
iguala a la presión del aire (que puede variar por colmatación
del filtro de aire), y donde la variación de caudal se produce por
la variación de las secciones de las dos lumbreras, accionadas por
Los quemadores de llama libre son los que dan llamas pega
pared o cono refractario, alimentados con mezcla previa dc aire
por cualquiera de los sistemas descritos anteriormente. Así pues,
los orificios de salida y los medios de estabilización de la llama,
tienen considerable importancia.
Disminuyendo el diámetro de los orificios de salida se reduce
la tendencia del quemador al retorno de llama al interior del
mismo. Este principio se aprovecha, sobre todo en los quemado
res domésticos (rampas de gas, quemadores corona, etc.), re-
1
r^%
144
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
partiendo la sección de salida en múltiples orificios iguales o
menores 3 mm, como indica la figura 42. El aumento de la
relación profundidad a diámetro de los orificios de salida, au
menta la resistencia al retorno de llama, cuya propiedad es uti
lizada en las placas refractarias de los paneles radiantes.
145
En la figura 44 se muestran otras soluciones adoptadas por
diversos constructores en los quemadores de antorcha.
Los quemadores de llamas libres alimentados con premezcla
pueden ser: quemadores de antorcha, quemadores de rampa,
quemadores de corona y quemadores de pipa.
Fig. 42. — Esquema de taladrado de
orificios circulares para quemado
res domésticos.
bj. ECLIPSE
a) _ A.E M
Por otro lado, para evitar en los quemadores de llamas libres
el soplado de la llama, se disponen en la cabeza del quemador
una serie de orificios pequeños periféricos por los que pasa una
parte pequeña de la mezcla previa de aire y gas, de forma que
la serie de llamitas auxiliares que se producen, asegure mantener
la llama principal del quemador sin desprenderse del mismo.
áj- NORTH
ejLSOFIM
AMERICAN
Aire secundario
La cabeza del quemador va provista, generalmente, de un
reborde destinado a proteger las llamas auxiliares de la corriente
de convección debida al arrastre de aire secundario en la base
de la llama principal. En la figura 43 se muestran dos tipos de
cabeza de quemador de antorcha con estabilización de llama,
Fig. 44. —Diferentes soluciones de orificios de salida con llamas
estabilizadas en cabezas de quemadores antorcha.
según el principio descrito.
Los quemadores de antorcha son los más sencillos y económi
cos. El prototipo de ellos es el mechero «BUNSEN», que todos
conocemos.
Metal ondulado
W
I
Los quemadores de rampa están constituidos por un tubo o
f
conducto de la mezcla aire-gas, donde se han practicado unas
ranuras o taladrado unos orificios, regularmente espaciados para
permitir la toma de aire secundario, y suficientemente próximos
para asegurar el encendido progresivo por propagación de la
llama.
Cabeza de quemador
de antorcha
ÍT,1
Fi¡.\ 4.Í.
Cnboza do quemador
de antorcha equipado
do una cotona do oslahiliznción
I lamas ausiliures dr i ' labilizac i'
La figura 45 muestra un tipo de quemador con rampas múl
tiples, formadas cada una de ellas por un inyector atmosférico
tipo venturi que se prolonga en un tubo de acero provisto de
ranuras perpendiculares al eje del mismo, donde tiene lugar la
llama de combustión del gas.
n
1
Ti
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
146
"=^
. Platina
147
Ver detalle «A»
Ranuras
Inyectores
_ Detalle «A»
_
. Mezclador de inducción atmosférica
Fig. 45. —Quemador de rampas múltiples de inducción atmosférica para
transformación de calderas de calefacción.
Los quemadores de corona no difieren en exceso de los que
madores de rampa, pero cada día se utilizan menos, excepto
en algunas aplicaciones comerciales. En ellos, la rampa está sus
tituida por un tubo circular formando una o varias coronas pro
vistas, igualmente, de ranuras u orificios.
Los quemadores de pipa están formados por un cuerpo en
forma de pipa, sobre cuya cabeza se coloca una tapa amovible
o roscada que está provista de orificios de salida, generalmente
en forma de ranuras. La figura 46 representa un quemador pipa
industrial con dispositivo estabilizador por llamas auxiliares. El
detalle «A» muestra la sección aumentada de los orificios de sa
lida. La figura 47 muestra uno de los tipos de quemadores pipa
de cocina doméstica. En este tipo no hay llamas auxiliares pro
cedentes de orificios separados, sino que la mezcla sale por un
orificio circular único en el que la pérdida de carga varía según
la altura del orificio. Como se aprecia en el detalle «A», los vec
tores Vi, Vz y V¡ representan las velocidades locales de salida
de la mezcla por el orificio circular único en el que se realiza
de abajo a arriba V3 > V2 > V,.
4.6.1.5.
Quemadores de premezcla, con combustión en contacto con un
refractario
Una superficie refractaria incandescente sirve para estabilizar
la llama. Este fenómeno interviene en la mayor parte de hornos
Fig. 46. —Quemador de pipa de uso industrial con llama auxiliar
estabilizadora en corona.
Ver detalle «A«
_
~líf
'
Detalle «A»
T"-?-^-v---r-^-j
v, > Vj
Fig. 47. —Quemador de cocina doméstica, llamado autoestable.
y hogares. Cuando la superficie refractaria es un orificio troncocónico, la velocidad de derrame de la mezcla aire-gas decrece al
mismo tiempo que aumenta la sección, y el punto de llama se
estabiliza en la sección en la cual la velocidad de derrame y la
velocidad de propagación de llama son iguales. La figura 48 es-
*|
r^B9|
T|
*****%
Gi4.S NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
quematiza varias posiciones que puede ocupar el frente de llama
La figura 49 representa una cabeza de quemador equipada de
un cono de combustión muy cerrado, puesto que su ángulo en
el vértice es de 12°. Se observará que la pieza refractaria tiene
en primer lugar un cuello cilindrico que favorece la formación
de un régimen de derrame estable. Un orificio dc tal tipo se
presta muy poco a variaciones de caudal, pero permite, debido
a la sección de salida moderada (ángulo pequeño) y a la pe
queña expansión del chorro, obtener un efecto de convección bas
148
en una pieza refractaria cónica, llamada cono de combustión,
correspondiendo la posición a) a un caudal pequeño (poca velo
cidad de salida) y la posición c) a un caudal elevado.
149
tante intenso en el horno. Debe observarse que la cabeza metá
lica del quemador tiene mucho espesor y está provista de un
dispositivo especial para asegurar un enfriamiento importante.
Fig. 49. — Quemador con pieza refrac
taria dc combustión cilíndrico-cónica,
bastante cerrada.
Fig. 48. —Diferentes posiciones del
frente de llama en un cono de
combustión de refractario.
La velocidad de salida de la mezcla y la velocidad de propa
gación de la llama dependen de la temperatura y, por consiguien
te, el equilibrio del frente de llama puede modificarse con la
temperatura.
El cono de combustión debe tener una sección de entrada
junto al quemador y una conicidad tales que el frente de llama
quede estabilizado siempre para diferentes caudales dentro del
cono refractario. Si el ángulo del cono es muy abierto, la llama
tendrá tendencia a penetrar dentro del tubo del quemador. Si
el ángulo es muy cerrado, la velocidad dc derrame puede ser
muy alta y la llama se desprende del cono, pudiendo llegar a su
extinción si el hogar del horno o cámara de combustión no está
incandescente. Los ángulos del cono en su vértice acostumbran
a estar comprendidos entre 10° y 35°, variando en posición in
versa según el espesor de la pared refractaria del horno.
La figura 50 representa un quemador antorcha seguido de un
cono de combustión, pero permitiendo la entrada de aire secun
dario entre la cabeza del quemador y el orificio de entrada. La
llama se mantiene pegada al quemador como si se tratase de un
quemador libre, pero el cono de combustión tiene la función de
estabilizador secundario.
Es posible, sin embargo, realizar la combustión de una mez
cla aire-gas en una pieza refractaria muy poco cónica o cilindrica,
a condición de recurrir a ciertos artilugios en la boca del que
mador.
La figura 51 presenta un primer ejemplo en el que la pre
mezcla llega en corona y forma una delgada capa que se de
rrama tangencialmente a la pared cilindrica de la pieza. Un se
gundo ejemplo se puede ver en la fig. 52, donde la mezcla circula
a velocidad relativamente elevada y en donde el frente de llama
se pega al refractario muy caliente obteniéndose así una estabi
lización complementaria por la brusca reducción dc la velocidad
en la zona alargada, lo que permite una rápida expansión de la
llama.
i
«•§
I
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
150
4.6.2.
151
Quemadores sin mezcla previa
Son de dos tipos:
Airo secundario
Premezcla parcial
•
Quemadores de llama blanca.
•
Quemadores de llama de difusión en régimen turbulento.
Los primeros tienen poco interés para las aplicaciones indus
triales y eran muy usados en aplicaciones domésticas (calentado
res instantáneos de agua) y comerciales (cafeterías, snacks).
Sin embargo, se han ido sustituyendo progresivamente por
boquillas aireadas, que son pequeños quemadores de inducción
Fig. 50. —Quemador antorcha desembocando en cono de refractario con
atmosférica roscados en las rampas de gas.
admisión de aire secundario.
Gas
Grifo de regulación
Mezcla aire-gas
Entrada regulable de aire
Piloto de
encendido
Fie 51. —Quemador con pieza refractaria alimentado con mezcla previa
aire-gas, por chorro anular en derrame tangencial a la supcrhcie retractaría.
Tapa de los orificios
de calentamiento
Tubo de conducción de aire
,
Tubo de gas
Mezcla
Productos
a
tratar
Gas
Productos
a tratar
Fig. 53. — Quemador de gas natural de alta presión para liorno Iloffmann
de cocción de productos cerámicos de tierras rojas.
r=^l
"^1
*^j
1
f^j
_u
G/1S NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
Los quemadores de llama de difusión en régimen turbulento
son muy utilizados en los hornos industriales. La figura 53 repre
senta un quemador utilizado en los hornos Hoffmann de cerá
mica, previsto para ser instalado en la bóveda del horno en el
lugar ocupado por los antiguos quemadores de carbón pulve
Se puede igualmente favorecer la mezcla promoviendo un de
rrame giratorio a uno de los fluidos. Este procedimiento no ex
cluye el conservar cierta convergencia de los chorros. La figura
56 corresponde a un quemador de este tipo, en el cual se imprime
al gas un movimiento helicoidal gracias a unas aletas dispuestas
rizado o de fuel-oil. Este quemador está formado por un
sobre el tubo central, mientras que la corriente de aire converge
tubo de inyección de gas puro, con admisión parcial de aire
frío alrededor del tubo, pero la mayor parte del aire de com
bustión es aire caliente que circula en el túnel del horno, y que
ha adquirido su calor sensible por recuperación de los productos
alrededor del chorro de gas en una pieza en forma de venturi.
La figura 57 corresponde a otro quemador similar en donde se
imprime al aire un movimiento giratorio centrípeto. Estos que
madores existen hasta potencias de 10000 termias/h, y su caudal
tratados en su fase de enfriamiento. Actualmente el gas se su
puede variar de 1 a 4.
152
ministra al quemador a una presión efectiva del orden de 1 a
2 kg/cm2, y las potencias unitarias están generalmente compren
didas entre 50 y 100 termias/h. Esta presión elevada ha sido es
cogida para obtener un chorro de gas puro cuya combustión se
Aletas
Atabes
directrices
153
Aire
desarrolla en toda la altura del horno.
Aire
Airo
Gas
Fig. 56. — Quemador de ro
tación del gas (SchmitzApelf).
Gas
Gas
Fig. 54. — Quemador dc co
rriente
convergente de
(Meverholcr).
aire
Aire
Fig. 55. — Quemador de corriente
divergente de tías (C. F. I.).
Las figuras 54 y 55 representan dos realizaciones clásicas de
quemadores de corrientes convergentes o divergentes de aire y
de gas, ambos alimentados a presión, en los que se crea una
Fig. 57. —Quemador de rotación
del aire (O. F. U.).
También existen quemadores sin mezcla previa que producen
chorros paralelos divididos. El principio consiste en subdividir
los chorros de aire y de gas que se derraman paralelamente. Esta
solución da, en general, un tiempo de mezcla más largo y pro
duce una longitud dc llama mayor que en los quemadores de
chorros convergentes. Esta técnica se ha empleado especialmente
para ciertos quemadores de tubos radiantes a alta temperatura,
o en quemadores destinados a producir llamas luminosas en
marcha mixta con fuel-oil. Las figs. 58, 59 y 60 representan que
turbulencia artificial a fin de que la llama producida sea corta
madores de este tipo.
y caliente, similar a la producida en quemadores de mezcla
previa. Los orificios de salida dc aire del quemador de la figura
Finalmente, la figura 55 muestra un quemador de chorros di
vergentes cuya particularidad reside en la forma de la pieza re
54 se taladran oblicuamente, de forma que generen una corriente
fractaria de estabilización de llama que, en lugar de ser de un
tangencial que favorezca una mezcla rápida <mi el gas en un
solo tronco de cono, está formada por varios troncos de cono
tiempo corto de mezcla.
consecutivos dc secciones crecientes.
'•• Hl
T^l
155
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
154
Transformador de encendido
Válvula de mando
hidráulico
Boca de quemador
Aire
Ventilador de aire
Soporte
Fig. 58. — Quemador de co
rriente paralela: central de
aire y anular de gas (Norlh
Gas
•Mando del registro de aire
Fig. 61. —Aspecto exterior de un quemador monobloc con aire insuflado.
American).
Fig. 59. — Quemador de co
rriente central de gas y bo
quillas de corriente dc aire
(C. F. I.).
Fig. 60. — Quemador de co
rrientes paralelas divididas de
gas y aire (O. F. U.).
Ello permite obtener una gran variación en la sección de sa
lida, sin ser obligatorio disponer un ángulo de cono muy abierto,
manteniendo la llama bien pegada al refractario en todo su con
torno. Estos quemadores permiten potencias importantes (alre
dedor de 2 000 termias/h) y licúen una elasticidad mayor que
los de cono único, que van de I a 20.
4.7.
Quemadores especiales
4.7.1. Quemadores monobloc de aire insuflado
Estos quemadores corresponden al grupo de los quemadores
sin mezcla previa. Los describimos aparte debido a formar un
conjunto compacto especial, muy utilizado para el calentamiento
automático de calderas de calefacción central dc elevadas po
Dichos quemadores están formados por un grupo compacto
constituido por el quemador, el ventilador de aire de combus
tión y todos los órganos necesarios para asegurar el encendido,
la seguridad y la regulación. Un pequeño armario eléctrico, aco
plado, asegura el mando y programación de la marcha. Para las
grandes potencias, es preferible, a veces, separar el ventilador de
aire del bloque del quemador. La característica de estos quema
dores es que no necesitan para su funcionamiento más que conec
tarlos a la canalización de gas y a la red dc electricidad. En la
figura 61, representamos a título indicativo el aspecto exterior
de uno dc estos quemadores cuya cabeza puede adoptar alguna
de las diversas soluciones para efectuar la mezcla del aire y del
gas indicada en la figura 62.
Dichos quemadores están constituidos por:
• las conducciones de aire y de gas y una cabeza de combus
tión, generalmente sin mezcla previa, provista de dispositivos
favoreciendo la mezcla de los chorros de aire y gas alimen
tados separadamente;
• el ventilador de aire de combustión, en principio siempre del
tipo centrífugo;
tencias y para la producción de fluidos calientes industriales,
empleándose en estufas, secaderos y quemadores de aire ca
• un piloto de encendido;
liente. Están indicados, especialmente, para cámaras de com
bustión a baja o inedia temperatura (a título indiealivo, ¡nlerior
• un sistema de encendido compuesto de un transformador a
alta tensión y uno o dos electrodos de encendido;
a 600° C).
156
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
157
•
un dispositivo detector de llama de electrodo de ionización o
de célula fotoeléctrica;
•
una caja o armario de mando, equipado de un programador
de excéntricas accionado por motor síncrono o un programa
dor de relés temporizado por láminas bimetálicas (relés tér
micos). Este armario permite la puesta en marcha automática
del quemador por simple presión sobre un botón pulsador, y
además realiza las funciones de regulación y de seguridad
durante el funcionamiento del quemador;
• una válvula automática de seguridad o un grupo de seguridad
de tres vías, de mando electromagnético, electrohidráulico o
neumático;
• un presostato de seguridad de presión mínima de aire, el cual
interrumpe el paso de gas en caso de falta de aire (corte de
corriente, avería eléctrica o avería del ventilador).
El ciclo sucinto de las operaciones automáticas de puesta en
marcha, ordenadas por el programador, es el siguiente:
a) facultativo: autocontrol del estado de los circuitos de la caja
de mando y del estado del detector de llama;
b)
puesta en marcha del ventilador del quemador para efectuar
una ventilación previa de la cámara de combustión con aire
(llamado «barrido»). Esta operación tiene por objeto elimi
nar cualquier traza de mezcla de aire y gas que se hubiera
podido formar y acumular durante el tiempo de parada. Se
efectúa mediante el aire suministrado por el ventilador del
quemador. Se estima que este barrido es suficiente cuando
se ha renovado cuatro veces el volumen de la cámara de
combustión y conductos hasta la base de conexión con la
chimenea. Con el caudal nominal de los ventiladores dc aire
de combustión en cámaras de dimensiones corrientes con
respecto a su potencia, la puesta en marcha se realiza en un
tiempo que oscila entre 30 s y 1 mn. Este tiempo viene deter
minado por la norma establecida por el constructor. Para
instalaciones de aparatos especiales se puede alargar el tiem
l*i«.:. 62.— Algunas de las soluciones clásicas para obtener la mezcla del
aire y del gas en la boca de los quemadores monobloc de aire insuflado.
po, ya sea regulando el programador o, cuando ello no sea
posible, añadiendo un relé complementario.
c)
puesta en servicio del medio de encendido (chispa eléctrica);
1
T
159
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
d) apertura del circuito de gas: sea al piloto, sea directamente
al quemador principal, a caudal reducido si es necesario;
15 termias/h, o mejor, de 50 termias/h a 1000 termias/h (15 000
158
e)
puesta en servicio del detector de llama;
/) suspensión del medio de encendido (en algunos sistemas es
peciales permanece la chispa asociada al detector de llama).
La gama de potencias nominales oscila, corrientemente, de
kcal/h a un millón de kcal/h).
No obstante, se encuentran en el mercado quemadores de po
tencias inferiores (8 termias/h) y de potencias superiores próxi
mas a las 10 000 termias/h. En este último caso, los quemadores
son, a veces, de doble cabeza de combustión y acostumbran a no
tener el ventilador incorporado. La fig. 63 es un ejemplo de que
mador compacto, con todos los dispositivos de encendido y se
guridad incorporados, pero sin el ventilador de insuflación de
aire que puede también ser aspirado por tiro forzado.
4.7.2.
Quemadores intensivos
Agrupamos bajo esta denominación varios tipos de quemado
res de diferente concepción, con el objetivo común de constituir
fuentes de calor a alta temperatura.
Se distinguen:
a)
quemadores radiantes a alta temperatura;
b)
quemadores radiantes porosos;
c) quemadores concebidos para calentar por convección in
tensa de gran velocidad de salida, llamados corriente
mente «quemadores de chorro» o «quemadores jet».
a) Los quemadores radiantes a alta temperatura llevan en su
extremo una pieza de refractario con un orificio central o
múltiples orificios o ranuras, que se ensanchan, donde se
efectúa la combustión prácticamente completa; el refracta
rio llevado a alta temperatura asegura la transmisión de ca
lor por radiación a los productos a tratar.
Estos quemadores están normalmente alimentados con mez
cla previa dc gas y aire, pero pueden también ser alimenta
Registro dc aire.
5.
Anillo refractario.
Placa dc registro.
6. Distribuidor de gas.
Conexión entrada aire.
7.
Aleias directrices dc aire.
Conjunto dc ignición eléctrica.
Fig. 63. —Quemador de gas compacto, especialmente indicado para calde
ras de hogar interior y tubulares Ray. (Cortesía Erebus, S. A.)
dos separadamente con ambos Huidos.
Según los modelos y su destino, la temperatura superficial
del refractario puede alcanzar de 1000 a 1700 °C. Se utilizan
bastante en metalurgia, así como también en otras ramas
industriales. No son construidos para una aplicación deter-
~I
160
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
minada, sino para un modo de explotación determinado: el
objetivo buscado es, sobre todo, el calentamiento rápido,
sin preocuparse demasiado del rendimiento térmico, aunque
este último sea en la práctica aceptable. Debido a que esos
quemadores se montan en equipo u hornos de débil inercia,
con un funcionamiento que puede ser muy intermitente, la
pieza de refractario debe ser resistente a los choques tér
161
nicos, formando múltiples canales agrupados en una sola pie
za refractaria que se encuentra toda ella a alta temperatura
y produce intensa radiación (ver fig. 66).
micos.
Estos quemadores son siempre dc dimensiones limitadas
Gas
(algunos decímetros cuadrados, como máximo) y forman
paredes de temperatura bastante homogénea por yuxtaposi
ción de varios quemadores.
El rendimiento, comprobado en Francia sobre ocho instala
ciones, varía de 15 a 39 % con un valor medio de 25 %. La
radiación representa, en promedio, el 44 °/o del calor trans
mitido a la carga cuando ésta está fría, y el 34 % cuando la
Fig. 65. — Quemador radiante a alta temperatura, de forma troncocónica,
alimentado separadamente por aire y gas (Selas).
carga está a 1 200 °C.
ir"~"„.,i
a
Mezcla
^^^^^^*mB^^^.
61
II 111:11111
Fig. 66. — Quemadores radiantes a alta temperatura, alimentados en pre
mezcla, formados por piezas refractarias con múltiples canales
(Radiant Healing y Ati).
Fig. 64. —Quemador radiante a alta temperatura, dc forma de copa,
alimentado en preine/.cla total (Selas).
La figura 64 representa un quemador radiante a alta tempe
ratura con pieza de refractario de forma cóncava, alimentado
en premezcla total. La figura 65 muestra otro quemador de
esc Upo con pieza refractaria tronco-cónica, alimentado se
paradamente por aire y gas, cuya mezcla se efectúa en la
boca del quemador.
Otra disposición consiste en realizar la eombir.Uón en el in
terior de cierln número de canales eilíndrien •> eiliudro-có-
b)
Los quemadores radiantes porosos pertenecen al tipo de in
yección total de mezcla previa dc aire y de gas, donde la com
bustión se realiza dentro dc una masa porosa de material re
fractario. En este caso, la combustión se llama «intersticial»,
porque tiene lugar en los intersticios de los granos aglome
rados de la masa porosa, y se distingue de la combustión
«alveolar», que se obtiene en los orificios cilindricos de una
placa para panel radiante infrarrojo. La fig. 67 es un esque
ma de un quemador de este tipo. Cuando se enciende, si la
velocidad de salida de la mezcla fuera dc los intersticios del
bloque refractario es inferior al límite dc desprendimiento
GAS NATURAL
162
QUEMADORES INDUSTRIALES
de llama, ésta se desarrolla sobre la superficie del refracta
rio, apreciándose en ese momento conos azules elementales
a la salida de cada intersticio. Poco a poco, la elevación de
temperatura del refractario provoca la penetración de la
llama en los intersticios, desapareciendo los pequeños conos
azules, aumentando la temperatura superficial del bloque.
163
Con excepción de un modelo, el túnel se alimenta siempre en
premezcla estequiométrica de aire y de gas. La sección de
salida es, a menudo, más pequeña que la sección recta del
túnel. En su interior la tasa de combustión es muy elevada,
sobrepasando generalmente 100 000 termias/h m3.
La figura 68 detalla la disposición de este tipo de quema
dores.
Premozcla total
VZZZT77SZ.I
zzz.
•¿77?7¡-
Fig. 68. — Cabezas de quemadores túnel y quemadores «jet».
Refractario poroso
Fundición refractaria
Fig 67. —Sección dc quemador radiante de combustión «intersticial»
en masa refractaria porosa.
Cuando se alcanza el equilibrio térmico, la penetración del
frente de combustión y la temperatura se estabilizan, y la
parle anterior del refractario donde tiene lugar la combus
tión se pone incandescente. Si la penetración del frente de
combustión continúa, la cara anterior del refractario puede
mismas utilizaciones.
Los quemadores «jet» se utilizan, como los quemadores ra
diantes, para las operaciones de calentamiento intensivo y
rápido. Pueden utilizarse igualmente en hornos donde los
chorros de gases calientes a alta velocidad se utilizan para
oscurecerse completamente, presentándose enionces dos ries
crear una recirculación interna y aumentar el intercambio
gos:
fusión del refractario en el interior del bloque, si su resis
casos, pueden utilizarse como cámara de combustión en pro
ceso de calentamiento de líquidos por combustión sumer
tencia piroscópica es insuficiente;
gida.
•
• destrucción por contracciones exeesivas debidas a la dife
rencia de temperaturas internas.
e)
Las potencias nominales de los quemadores «jet» se escalo
nan entre 10 termias/h y 500 termias/h. Existen pues peque
ños y grandes quemadores «jet» que no corresponden a las
por convección con las piezas a tratar. También, en ciertos
Estos quemadores parecen estar llamados a tener un gran
desarrollo.
Los quemadores túnel de gran velocidad de salida, llamados
también quemadores a chorro o quemadores «jet», se carac
terizan porque la combustión de la mezcla gaseosa se elcc-
4.7.3. Quemadores emisores de radiación infrarroja
túa easi totalmente (90 a 95 %) en una pieza refractaria
cilindrica o túnel, ele la cual sale a gran velocidad el chorro
de los produelos de combustión muy calientes (1400 a
licos o refractarios, llevados a temperaturas del orden de 900 °C,
y que presentan el máximo de emisión en la banda de los infra-
1700 "O. sobrepasando siempre los 100 m
rrojos entre 2 y 5 inicias, según su temperatura.
Se llaman así los quemadores que calientan elementos metá
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
164
Se emplean diferentes criterios para designar los emisores
de radiación infrarroja:
a)
b)
en función dc la forma:
•
tubos radiantes;
•
paneles radiantes.
165
mezcla de aire-gas, y la «combustión alveolar» que se produce
lleva las placas a una temperatura de 850 a 950 °C, cuya cara an
terior dc las placas de refractario constituye el elemento radiante.
La figura 69 muestra la sección esquemática de un panel ra
diante dc ese tipo.
en función de la temperatura de misión:
• tubos y paneles radiantes oscuros (superficie menor de
Mezclador
500 °C).
c)
en función de la alimentación de los Huidos:
• paneles radiantes de inducción atmosférica;
• paneles radiantes con aire insuflado (cuando es nece
sario una premezcla total).
d)
en función del tipo de combustión:
• paneles radiantes catalíticos.
e)
en función de ciertas características particulares:
• paneles radiantes anl¡deflagrantes.
Tubos y paneles radiantes oscuros
Placa cerámica
Parrilla inoxidable
de grandes mallas
Fig 69. —Sección esquemática de un panel radiante luminoso
dc combustión alveolar en placas de cerámica refractaria.
Estos emisores oscuros están formados por un tubo en forma
dc horquilla de unos 4 ni de longitud total, o de una placa de
hierro fundido o de acero, que se calientan por una llama de
gas, y cuyas superficies no acostumbran a sobrepasar los 400 °C.
Este sistema de calentamiento es poco empleado, puesto que
se ha visto desplazado por los paneles radiantes luminosos que
tienen mayores posibilidades de empleo.
Paneles radiantes catalíticos y antideflagrantes
Debido al hecho de que la combustión catalítica no se realiza
con un rendimiento al 100 %, y subsisten gases inquemados en los
productos de combustión, estos paneles, que son admisibles para
el propano y butano, son prácticamente inadmisibles para el gas
natural.
Paneles radiantes luminosos
Los paneles radiantes luminosos están constituidos por pla
cas cerámicas refractarias perforadas de múltiples orificios ci
lindricos de pequeño diámetro (hasta 50 orificios por cm2), en
cuyos alveolos se realiza la combustión. Estas placas de pequeñas
dimensiones se ensamblan por medio de un cemento refractario
plástico, para formar las piezas de las dimensiones del emisor
de radiación. Están alimentadas, por su parte posterior, por una
Respecto a los paneles radiantes antideflagrantes, encuentran
interés de aplicación únicamente para la calefacción de locales
que puedan contener accidentalmente una atmósfera explosiva
(cabinas de aplicación de pinturas, garajes, etc.).
Estos paneles, de reciente aplicación, no han tenido hasta la
lecha un desarrollo comercial importante.
166
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
4.7.4. Quemadores de tubos radiantes a alta temperatura
El calentamiento por tubos radiantes a alta temperatura ha
nacido de la necesidad de realizar ciertas operaciones de calen
tamiento ode tratamiento térmico en hornos bajo una atmosfera
protectora atratar con la llama olos productos de combustión.
La solución adoptada hace muchos años consistía en encerrar
los productos a tratar en un recinto estanco yefectuar la com
bustión exteriormente a dicho recinto. Según la forma, dimen
siones y modo de cargar el recinto, se dice que el horno es de
mufla, de campana, de crisoles cerrados, de retortas, etc.
167
El quemador es, en general, del tipo sin mezcla previa, es de
cir, con alimentación separada de aire y gas, lo que permite ob
tener una llama larga favorable a una buena homogeneidad de
temperatura a lo largo del tubo.
Los tubos pueden ser rectos, en U, en L, etc. Los productos
de combustión se evacúan a la temperatura del tubo (del orden
de 900 °C). Con el fin de mejorar el rendimiento, varios cons
tructores se han preocupado del problema de recuperación por
precalentamiento del aire de combustión.
La figura 70 representa un tipo de quemador de tubos ra
diantes.
Esta solución presenta varios inconvenientes:
Diafragma de
a) la construcción de una mufla es, a veces, difícil yonerosa,
Salida
de humos
medición
cuando las dimensiones son grandes y se exigen cspccin-
Entrada
de aire
caciones estrictas de resistencia térmica y química;
b) la deteriorización dc la mufla en cualquier lugar exige
Válvula de
una reparación complicada o una sustitución completa de
-pass
Toma de aire
caliente
la mufla, obligando al paro total del horno;
Diafragma de
c) la mufla provoca siempre una disminución notable del
rendimiento del horno.
La segunda solución consiste en encerrar la llama y los pro
medición
Válvulas
Tubo
radiante
Estos tubos son de acero refractario, y a la temperatura nor
mal de su utilización de 900 a 1200 °C, deben presentar una resis
tencia química suficiente frente a los productos de combustión
ya la atmósfera del horno. También deben presentar buena re
sistencia mecánica a los cambios de temperatura.
Entrada
3
ductos de combustión en un recinto determinado o, en el caso
de varios quemadores, encerrar cada llama en un recinto indi
vidual. Esta es la solución adoptada en los hornos de tubos ra
diantes a alta temperatura.
de paso
de aire
Diafragma de medición
i
Termopar
Cabeza de
quemador
'
Entrada de
=a—— c n i r a o a a e
V Diafragma gas natural
de medición
Fie. 70.—Tubo radiante en forma de Uconaire de combustión precalentado
en un recuperador de calor incorporado a la salida de los humos.
La utilización de los tubos radiantes a alta temperatura es
muy variada, pero tiene, especialmente, dos aplicaciones con
cretas:
Los aceros utilizados son del tipo austenítico, con fuerte pro
•
la cocción del esmalte vitrificado sobre chapa en horno con
corrientes de temperaturas hasta 1200 °C. Actualmente se estu
•
el tratamiento térmico de metales férreos en horno continuo
porción de cromo y níquel (25% Co, 20% Ni) para los casos
dia emplear acero al cromo y al cobalto, resislenles a 1300 C.
Los quemadores de tubos radiantes constan de dos partes: el
tubo propiamente dicho (elemento calefactor) y el quemador.
tinuo;
bajo atmósfera activa o protectora en hornos túnel: reco
cido de tubos, tratamientos de normalización y recorrido,
carbonitruración continua, etc.
1
<~%
-=5
^
<=*%
1 — Tubo sumergido
GAS NATI/RAL
168
2— Instalación en compartimento
Pared de separación
J \
4.7.5. Quemadores de tubos sumergidos y de combustión
sumergida
El calentamiento de cubas o tanques sin presión, conteniendo
agua o soluciones acuosas, está muy extendido en la industria.
Se pueden citar, por ejemplo: los baños dc decapado, las cubas
de máquinas desengrasantes y de máquinas lavadoras de botellas,
los tanques de vaciado en caliente, las cubas dc fosfatación, las
Sección lateral
cubas de electrólisis, las cubas de concentración de soluciones o
de recuperación dc baños usados, etc. Se encuentran también,
aunque es menos frecuente, cubas conteniendo diferentes líqui
dos de las soluciones acuosas.
La solución más sencilla de calentamiento es por el fondo,
como se hacía con el carbón y el fuel-oil; sin embargo, sabemos
que tanto en el caso de calefacción eléctrica como de calefacción
al vapor, se emplean frecuentemente las resistencias eléctricas
sumergidas o los serpentines dc vapor, colocados en el interior
Sección por el eje del tubo
del baño. Esle .sistema facilita la instalación de la cuba y su
calorifugado exterior, mejorando sensiblemente la transmisión
de calor entre la fuente dc calor y el líquido y, por lo tanto, su
rendimiento térmico.
4 — jubo en el fondo de la cuba
El gas se presenta idealmente para la calefacción de una cuba
por medio de tubos sumergidos, en el interior de los cuales se
realiza la combustión. Otra solución consiste en dejar barbotear
los productos de la combustión directamente en el líquido, cons
tituyendo la combustión sumergida.
Los quemadores de tubos sumergidos se prevén con una pro
3 — Tubo sin perforación de la cuba
R\
longación del tubo hasta encima del nivel del baño, por donde
se evacúan fácilmente los productos de combustión.
Vista en planta
Los esquemas de la figura 71 ilustran las diferentes disposicio
nes dc tubos sumergidos. Los quemadores pueden ser de induc
ción y premezcla o dc corrientes separadas sin mezcla previa.
La figura 72 muestra un quemador antorcha dc inducción atmos
férica para tubo sumergido. Se observará que los brazos de fija
ción permiten una cierta distancia entre la boca del quemador y
la cuba, con objeto de permitir la adición secundaria dc aire y el
piloto dc encendido.
\/i~,\r* nn nlzíido
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
170
171
La transferencia de calor va acompañada por consiguiente de
transferencia de masas.
Los quemadores para combustión sumergida pueden ser:
•
•
dc premezcla total;
dc aire total y gas separados.
A veces se prevé un aporte suplementario de aire alrededor
del quemador, que actúa no como aire secundario, sino como
aire de dilución de los productos de combustión.
„
Aire
— i
Célula de detección de llama
3
Piloto de gas
3— HÜ03 de bujía de encendido
Tubo
Fig. 72. —Quemador de antorcha dc inducción atmosférica montado sobre
lubo sumergido.
F.l principio de la combustión sumergida es el siguiente:
Un quemador o una cámara de combustión inmergida des
carga directamente en el líquido los productos de combustión
que barbotean en su seno y se desprenden por la superficie lí
Tubo repartidor do Iniíbuj
utilizado en las grande
quida.
Este sistema da lugar:
a) a que, debido al contacto íntimo y dividido de los pro
ductos de combustión y el líquido, aquéllos salgan a la
superficie a la temperatura del baño;
b) a que exista un intercambio de materia entre los produc
tos dc combustión y el líquido: aquéllos se saturan de los
componentes volátiles del líquido y éste disuelve parte
de los componentes solubles c\e los productos dc com
bustión
Fig. 73. — Quemador de combustión sumergida sin premezcla.
El quemador o la cámara dc repartición de los productos dc
combustión en el líquido descargan a una cierta profundidad,
existiendo en estos orilicios una presión igual a la altura del agua
que deben vencer los productos con combustión. Es necesario,
pues, que el aire y el gas o la premezcla lleguen al quemador a
una presión superior a la equivalente a esa columna dc agua.
^
172
r-^l
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
Durante los periodos de paro, el agua o el líquido suben ysumer
gen al quemador. Al reanudar la puesta en marcha se barre o se
desciende el nivel de agua, dejando el quemador libre, mediante
una corriente de aire puro (sin gas) proporcionada por el ventila
173
La utilización de gas natural y fuel-oil ofrece las siguientes
posibilidades:
como si es de alimentación de aire y gas separados. Esta venti
a) La combustión simultánea de fuel-oil y gas es una solu
ción sencilla para obtener una llama luminosa radiante,
la cual se obtendría difícilmente con los gases naturales
aunque situadas a nivel del baño, se encuentran durante el paro
causa de su débil proporción de hidrocarburos no satu
dor de aire de combustión, tanto si el quemador es de premezcla
lación asegura también el secado de las bujías de encendido que
en atmósfera de humedad.
La figura 73 muestra un quemador de combustible sumergi
do sin premezcla, yla figura 74 un quemador de premezcla para
combustión sumergida.
„
„
Airo
Reductor
Termopar '
entendido
/
n Célula de
I-I detección
do llama
'•
Caudafimetro
tibles, encuentran aplicación en hornos de alta tempera
fábricas de cemento).
Señalemos, no obstante, que existen quemadores utili
zando solamente gas natural parcialmente craquizado,
b) La combustión de una débil proporción de gas con fueloil puede permitir mejorar la combustión de este último,
especialmente en el caso del fuel-oil pesado, difícil de. que
Mezclador
Gas
de cierre
dores mixtos, quemando conjuntamente los dos combus
que permiten calentar eficazmente dichos equipos.
do presión
Válvula
rados. Basta una proporción limitada de fuel-oil para ele
var el factor de emisión global de la llama. Los quema
tura, en los cuales la transmisión de calor por radiación
es preponderante (horno Martin de acererías, horno balsa
de vidrierías, hornos rotativos de cocción de clínker en
Bujía de
Parallamas
europeos y los que se importan líquidos del exterior, a
\_M\
Válvula
Filtro
mar bien en ciertos equipos. Este principio está llamado
do seguridad
a encontrar aplicaciones a medida que se desarrolle la
lucha contra la polución atmosférica. Actualmente se rea
lizan ensayos para pulverizar el fuel-oil con gas a presión,
Compresor /
de mezcla
pero no se ha llegado todavía a h realización a escala
Tubo do
encendido
industrial.
Ouemador
Fig. 74. —Quemador dc premezcla para
par? combustión sumergida.
4.7.6. Quemadores mixtos o multicombustibles
Los quemadores multicombustibles o mixtos son los que fun
c) La combustión simultánea o alterna de gas y fuel-oil se
utiliza, independientemente de toda consideración técni
ca, cuando se desea, por motivos económicos, hacer que el
caudal de gas sea independiente de las variaciones de car
ga térmica del aparato u horno donde se emplea. Es de
cir, que el caudal sea constante y las modulaciones de la
cionan con varios combustibles simultáneos o alternativamente
carga repercutan únicamente sobre el caudal del fuel-oil.
natural yfuel-oil, aunque sean posibles también los quemadora
sea a veces funcionar alternativamente todo a gas o todo
a fuel-oil. En ambos casos pueden obtenerse tarifas de
Vamos a tratar aquí solamente dc los quemadores mixtos de gas
mixtos gas natural-carbón pulverizado.
madores
También, por motivos económicos o de seguridad, se de
gas muy ventajosas, por tener un consumo constante de
1
1
QUEMADORES INDUSTRIALES
175
gas durante todo el día o por tener un servicio interrumpible horario o estacional. El cambio total de combusti
ble requiere, en ciertos tipos de quemadores, un desmon
taje rápido con sustitución de piezas intercambiables o la
simple manipulación de dos válvulas. Los quemadores
mixtos son, casi siempre, sin mezcla previa de aire y gas.
Las figuras 75 y 76 ilustran sobre tipos de quemadores mixtos
no simultáneos, y simul.ancos gas-fuel-oil.
En la figura 77 se muestran la cabeza de un horno Martin,
con un tipo especial de quemador mixto gas-fuel-oil, donde el
quemador y especialmente la boca del mismo está refrigerada
Fig. 75. — Quemador mixto gas y fuel-oil.
por agua.
Fuel-oil complementario
(marcha mixta)
Fluido de pulverización
Quemador
Enfriamiento
cha a gas o mixto
Anillo refractario.
6.
Entrada de gas.
Alelas distribuidoras de gas.
7.
Entrada de fuel-oil.
Conducto tórico distribuidor de
8.
Clectroválvula del fuel-oil.
gas.
Copela rotativa.
9.
Electrones de encendido y conliol de llama.
Ventilador de aire primario.
Acjua de enfriamientoCabeza de horno-forma Venturi
del quemador.
Fig. 77. — Horno dc acero Martin, equipado de quemador mixto
fuel-oil v gas.
in, 76. — Vista pn sección rl»1 un ouemador mixto fuel-oil v aas rotativo Rav.
I
176
GAS NATURAL
QUEMADORES INDUSTRIALES
177
Los quemadores monobloc de aire insuflado con ventilador
acoplado o independiente, descritos anteriormente en el aparta
do 4.7.1., pueden también estar previstos para la marcha alter
na a gas o fuel-oil.
En los quemadores de gas solo, deben introducirse algunas
modificaciones:
• El encendido eléctrico debe hacerse obligatoriamente por chis
pa entre dos electrodos aislados, necesitando una tensión más
elevada.
• La detección de llama se hace bien por electrodo dc ioniza
ción durante el funcionamiento a gas y célula sensible al in
frarrojo durante el funcionamiento de fuel-oil, bien por célula
sensible a los rayos ultravioleta para los dos combustibles.
Finalmente, existen quemadores mixtos especiales, montados
en grandes unidades de quemadores de vapor, en la industria o
en las centrales térmicas de electricidad. La combustión se reali
© © © © 0
© ©
za en grandes cámaras de combustión con sobrepresión, alimen
tándose con aire total a presión distribuido por una caja envol
viendo todo un panel de la cámara.
1. Cajón de entrada de aire.
2. Cono de combustión refractario.
La inyección del fuel-oil es siempre central. La inyección degas puede ser igualmente cení ral si la marcha no es nunca simul
3.
Cárter.
4.
Tobera directriz de aire.
5. Aletas de regulación.
tánea con los dos combustibles. Si la marcha es alternativa, los
chorro de gas deben estar bastante alejados del chorro dc fuel-oil
pulverizado, de forma que éste reciba siempre suficiente aire de
combustión. Esto se logra con varios tipos de inyectores de gas:
10. Tubo con pulverizador de fuel-oil.
11. Cabeza quemador.
multidedos, corona, lanzas, ele.
Placa de fachada.
7.
8.
Puerta.
Mirillas.
9.
Piloto de encendido.
12. Caja anular distribuidora de gas.
13. Multidedos del quemador de gas.
14. Tubería llegada de gas.
15. Tubería llegada combustible líquido.
Las figuras 78, 79 y 80 corresponden a quemadores mixtos con
inyección central de combustible líquido y sistemas de subdi
visión de gas «multidedos», «multilanzas» o de «doble director»
(obuses). La particularidad común a estos quemadores es su
adaptabilidad a la combustión de solo gas natural, solo fuel-oil o
6.
DETALLE DE
POSICIÓN^, j)
simultáneamente ambos combustibles. Se distinguen por estar
diseñados para producii una gran turbulencia en el aire de com
bustión. El quemador multilanzas de la figura 79 tiene la ventaja
de permitir desmontar las lanzas de combustión del gris sin tener
que parar el equipo que sigue funcionando con el oh o combus(iblc.
Fig. 78. —Quemador mixto con sistema dc gas «multidedos» Pillare!
(Cortesía Cénit, S. A.)
r=TI
r
1. Cajón de aire.
2. Tobera refractaria.
3.
Cárter.
4.
Director de aire.
5. Aletas dc regulación.
6.
7.
Placa de fachada.
Puerta.
D
~%
10. Tubo con pulverizador de
fuel-oil.
11. Caja de llamas.
12.
Colector lórico dc gas.
13.
Lanzas.
14. Conductos de conexión.
15. Caña combustible líquido.
Fie 79 —Quemador mixto con sistema de gas «multilanzas» Pillard
(Cortesía Cénit, S. A.)
2n
Vrrrrrrrn
1. Conjunto quemador.
2. Registro de aire.
3. Regulador del aire de combus
tión.
4.
Anillo de salidas dc aire secun
dario.
5.
Entrada de fuel-oil.
6.
Copa dc atomización.
7.
8.
Buses dc aire primario.
Entrada y caja distribuidora de
gas en anillo tórico.
9. Registro de regulación de aire
10.
11.
primario.
Motor eléctrico.
Controlador de velocidad dc
pulverización.
Fig. 81. —Quemador mixto con pulverización rotativa central del fuel-oil
y buses de gas en anillo tórico Ray. (Cortesía Erebos. S. A.)
,t;.t.
GAS NATURAL
1
Sopletes
ción de 200 mm c. a.
sean preferibles presiones dc gas elevadas, es posible alimentar
con gas natural sopletes de corle con baja presión de distribu
dc boquillas para gas natural. Hay que observar que, aunque
La figura 85 muestra dos cabezas de soplete oxicorte equipadas
presión y aire soplado por ventilador.
La figura 84 representa un soplete alimentado a gas a baja
• sopletes dc temple superficial,
• sopletes para trabajos de vidrio.
• sopletes de recalentamiento,
• sopletes dc soldadura,
• sopletes de corte (oxicorte),
la que determina las principales diferencias constructivas.
Desde este punto de vista se distinguen los grupos siguientes:
llama propiamente dicha penacho.
La clasificación de los sopletes en función de su aplicación es
En una llama de soplete, el cono azul se llama dardo y la
calor.
a tratar. En ciertos aspectos, la llama de un soplete puede consi
derarse como un verdadero útil y no como un simple foco de
ción de calor por contacto directo entre la llama y los productos
concebidos para el calentamiento o trabajo que requiere aporta
Los sopletes son quemadores de tipo antorcha especialmente
4.7.7.
de llama se consigue por realizarse la combustión en «tres eta
pas» (fig. 83), en zonas de reacciones sucesivas.
destinado a los equipos de combustión de generadores de vapor
con varios quemadores. En dichos quemadores la estabilización
tiples buses de gas en un anillo tórico.
Finalmente, el quemador de flujo paralelo (fig. 82) está
La figura 81 corresponde a otro modelo de quemador mixto,
con pulverización rotativa del fuel-oil en su parte central y múl
180
1
0
tible líquido.
Caña de quemador de combus
tible líquido.
Llegada de combustible líquido.
Roseta de palas curvilíneas.
Dedos de inyección de gas.
23.
cendido eléctrico directo.
mática de la virola móvil.
Dispositivo de maniobra auto
ZONA
NEUTRA
LIGERAMENTE
OXIDANTE DE
_
DE
I
PE
OXIDANTE
I ZONA
IRemolino de fijoción
I ->tle llomo.
_^
REDUCIDA
ZONA
Torbellino de
Pillard (Cortesía Cénit, S. A.)
Fig. 82.— Quemador mixto combustible líquido y gas de flujo paralelo
Aire de combustión.
Mirilla.
22.
12.
13.
Fluido de pulverización o retor
no de combustible líquido.
Dispositivo automático de en
20.
21.
líquido.
9. Hogar.
10. Grueso del frente del hogar.
11. Profundidad del cajón de aire.
19.
estático.
Director de aire cilindrico.
Cabeza de caña de combustible
5.
6.
7.
8.
Aire comprimido de «barrido»
Llegada de gas.
Célula de control dc llama.
para desmontaje en marcha.
17. Aire primario central.
18. Llave de seguridad de combus
16.
Virola móvil suspendida y de
equilibrio dinámico.
Virola perforada de equilibrado
14.
15.
Puerta de fachada.
Entrada aire de combustión.
QUEMADORES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
182
La figura 86 representa el principio de un soplete de la indus
tria del vidrio alimentado con gas y aire a presión. Los sopletes
de vidriero son, a menudo, sopletes de mesa, montados sobre trí
Aire
s
Gas
183
pode y regulables en inclinación.
Fig. 84. — Soplete sin premezcla alimentado con gas a baja presión
y aire insuflado.
4.8.
Adaptación de los quemadores a los distintos
gases y a la marcha mixta con fuel-oil
La adaptación de los quemadores a los distintos gases es sólo
el aspecto práctico de la intercambiabilidad dc gases.
rtotoborn
Dos gases se dice que son intercambiables cuando son sus
ceptibles de dar el mismo flujo calorífico, posición y comporta
miento de la llama, en un mismo quemador, sin modificar nada
del mismo, ni variar la presión dc alimentación.
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Z* ',T^.<-f' .
<lo corto
En el capítulo «Intercambiabilidad» hemos visto que dos ga
ses son intercambiables cuando pertenecen a la misma «familia».
_
- lobera
Tnl)orü
Fig. 85. — Cabeza de soplete de oxicorte. A la izquierda: mezcla
en la boquilla; a la derecha: mezcla en el portaboquilla.
Así, el gas natural no es intercambiable, es decir, no puede sus
tituir, sin modificación del quemador, a los gases manufactura
dos: gas ciudad, gas pobre, gas integral y gas de coquería, ni a
los gases líquidos de petróleo: propano y butano. Por el contra
rio, es intercambiable, con mezclas en las condiciones señaladas
de intercambiabilidad, de gases manufacturados y de gases GLP,
o con mezclas de GLP y aire: aire propanado o aire butanado.
Pero así como el estudio de intercambiabilidad tiene por ob
jetivo definir las características de los gases susceptibles de ser
utilizados indistintamente en un quemador determinado, el estu
4te
ji
dio de la adaptación de un quemador funcionando con un gas
dc diferente familia a su funcionamiento con gas natural, tiene
por objeto determinar las condiciones de sustitución en un equi
po determinado.
TBC
Fig. 86.
Soplete de vidriería. El comburente puede ser aire, oxígeno
o aire enriquecido con oxígeno.
A continuación analizamos las características tecnológicas dc
diferentes tipos de quemadores.
GAS NATURAL
184
4.8.1.
a)
QUEMADORES INDUSTRIALES
i
Quemadores con mezcla previa
185
en la cual:
S = sección del cuello de la trompa
s = sección del inyector
d = densidad del gas
SI = coeficiente comprendido entre 0,6 y 1
R = relación aire-gas.
Inducción del aire por el gas
En los quemadores de este tipo, llamados corrientemente que
madores atmosféricos, no es posible sustituir los diferentes ga
ses combustibles con los que funcionan por gas natural, sin mo
dificar los inyectores y las presiones, a fin de mantener el mis
mo flujo o caudal calorífico.
b)
Recordemos al respecto que el caudal de un inyector viene
dado por la fórmula:
A caudal calorífico determinado, el caudal de aire es prácti
camente constante cualquiera que sea el gas. Por consiguiente, no
habrá que modificar nada en el inyector de aire: ni sección, ni
presión, y sólo modificar las secciones de inducción del gas a fin
de mantener el caudal calorífico. La relación aire/gas será en
estos quemadores:
„
Q = 0,73 ms
— X
d
273 + t
en la cual:
Inducción del gas por el aire
Q = caudal en m3/h
s
1 + d
R =
= sección del orificio en mm2
p = presión del gas antes del orificio en mbar o en cm de co
lumna de agua
d = densidad del gas
t = temperatura en °C
1
teniendo las letras la misma significación anterior.
m = cocficienlc que varía con la forma del orificio y la natu
raleza del gas.
Las fórmulas expuestas permiten calcular las nuevas dimen
siones características de un quemador de inducción teniendo en
cuenta las características del gas al cual debe adaptarse.
Normalmente se toma:
m = 0,65 para orificio en pared delgada
m —0,80 para orificio cilindrico
m = 0,90 para orificio cónico.
El caudal calorífico vendrá determinado multiplicando el cau
dal en mVh por el poder calorífico del gas.
Para mantener el mismo caudal calorífico en un quemador,
sustituyendo un gas por otro, habrá pues que modificar en los
quemadores de este tipo la sección del orificio o la presión del
gas, o ambos a la vez.
La relación aire/gas en los quemadores atino- leí ¡eos viene
dada por la lórtnuln:
R -
U
\f S
_,/
s
4.8.2.
Quemadores sin mezcla previa
Puede decirse que los quemadores de este tipo, que represen
tan la gran mayoría de los quemadores industriales, son prácti
camente adaptables a todos los gases, sin necesidad de ninguna
modificación. Bastará regular las proporciones de aire y gas, lo
que se hace fácilmente variando los caudales o las presiones.
Dado que los parámetros relativos al aire quedan fijos para un
caudal calorífico constante, es decir, que para un mismo caudal
calorífico la cantidad de aire necesario para la combustión es
constante, independientemente del poder calorífico del gas, no
será preciso modificar ni la presión ni el caudal de aire, y bas
tará ajustar el caudal de gas mediante una válvula. Ahora bien,
como al cambiar de gas debe mantenerse el mismo caudal calorífi
co para un orificio determinado, cuanto mayor sea el poder calorí-
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-
-4
Cuadro de características de los quemadores y de sus aplicaciones específicas
Tipo de quemador
Características
Quemadores de inducción (gas
9 Quemadores peque
ños: presión normal
gas 100 n/m c.a. Pa
ra grandes potencias
necesitan °ras a pre
sión superior y ocu
pan demasiado espa
inductor)
cio
• Baja proporción de
•
aire en la mezcla
Necesitan aire secun
dario
• No
DE
Aplicaciones
específicas
Potencias
normales
Usos
domésticos
y
comerciales
Tubos y paneles ra
diantes baja tempe
ratura
Para hornos que ne
Hasta
cesitan gas a presión
más elevada y doble
250 termias/h
(25 m3/h)
inducción de aire
Quemadores de tu
bos inmergidos
apropiados para
|*§j
hornos o recintos ce
rrados
MEZCLA
• Apropiados para re
cintos abiertos
PREVIA
Quemadores de aire inductor
(gas inducido)
• Fácil y amplia regula
ción de la potencia,
AIRE
Quemadores antorcha
& sopletes
ornos
manteniendo constan
te
la
relación
gas
GAS
•
Variaciones
de
cau
dal de 1 a 5 (en el
mismo quemador)
• Composición mezcla
aire-gas independien
te
de
la contrapre
sión
• Mayor proporción de
aire en la mezcla y
menor proporción de
aire secundario
y
aparatos
que necesitan una re
gulación fácil de la
potencia, mantenien
aire-
Hasta
500 termias/h
(50 m3/h)
do constante la rela
ción aire-gas
mezcla
de la
isí
10
ia¡
Aplicaciones
Potencias
normales
Características
Tipo de quemador
específicas
l.y
Quemadores con máquina
mezcladora (aspirando el gas
y el aire a presión atmosfé
rica)
Quemadores
• Mezcla a i r e - g a s de
composición rigurosa
mente
constante
Quemadores «jet»
Quemadores radian
en
cualquier proporción
determinada. Posibili
tes a
dad de
tura
mezcla este
quiométrica y con ex
Hasta
ceso de aire
4 000 termias/h
(400 ms/h)
9 Variaciones de caudal
de 1 a 20
alta tempera
Quemadores
radiantes porosos
Calentamiento de
hornos de vidrio
fejffi;
Combustión
• Mezcla a alta presión
DE
intensi
vos
sumergida
si es necesario
• Apropiados para re
cintos cerrados
MEZCLA
Igg
y a
presión
Quemadores de llamas libres
PREVIA
(alimentados en premezcla)
AIRE
Quemadores antorcha
Quemadores de
9 Llamas pegadas a los
orificios de salida sin
rampa
pieza refractaria esta9 Alimentación por
cualquiera de los sis
CAS
temas
anteriores
de
OÍ
Quemadores de
bilizadora
Según sistema an
terior de mezcla
mezcla
corona
Quemadores de pipa
Calentamiento calde
ras de calefacción,
agua caliente, tan
ques de líquidos, ba
ños, etc.
Quemadores de premezcla con
cono refractario
Cono de combustión
estabilizador de llama
Alimentación por
cualquiera de los sis
temas
anteriores
Hornos industriales
Según sistema an
terior de mezcla
de
mezcla
W'
tmii
Tipo quemador
Potencias
nominales
Características
Quemadores de alimentación
De llama blanca
separada en aire y gas
Aplicaciones
específicas
Muy pequeñas po
Usos comerciales
tencias
domésticos:
y
calenta
dores instantáneos de
agua, cafeterías, etc.
Muy utilizados industrialmente, general
De llama de difusión
Quemadores monobloc
en
régimen
turbu
lento:
mente con cono de
derrames convergen
tes de aire v gas
derrame giratorio
derrame chorros pa
combustión
ralelos
DE
Alimentación separa
da de aire y de gas a
presiones bajas
Admite grandes exce
sos de aire (hasta 10
ALIMENTACIÓN
SEPARADA
Desde pequeñas
potencias
Desde pequeñas
potencias hasta
10000 termias/h
Muy indicados para
producir llamas muy
cortas o
largas, se
gún sea el tipo de
derrame
(1000 m3/h)y más
veces el aire teórico)
y grandes variaciones
DE AIRE Y
(SIN
MEZCLA
GAS
de caudal
Quemadores mixtos o
combustibles
multi
do
el
ventilador
ras de combustión a
baja o media tempe
de
aire, y los dispositi
PREVIA)
Indicados para cáma
Caracterizados por
formar un bloque
compacto, contenien
vos de encendido, de
tección de llama, re
gularidades y regula
ción automática
Caracterizados como
los anteriores con to
De 50 termias/h a
1000 termias/h
Hasta
10000 termias/h
ratura (600° C)
Se emplean para es
tufas, secadores, que
madores de aire ca
liente y, sobre todo,
en calderas de vapor
los los accesorios, pe
ro con el ventilador
no incorporado
Hornos
Caracterizados por
funcionar simultánea
mente o
alternada
mente con pas y fueloil
' Admiten gran varia
ción de relación aire-
industriales,
especialmente:
Desde 80 termias/h
Hasta
25 000 termias/h
y superiores
hor
nos Martin, hornos
de cemento, hornos
de vidrio y hornos
metalúrgicos
Grandes calderas de
gas y grandes varia
vapor en
ciones de caudal
térmicas
centrales
=1
^1
=1
^s
GAS NATURAL
190
QUEMADORES INDUSTRIALES
tión tienen una influencia directa en los intercambios térmicos
con el recinto y bóveda del horno y con los productos a tratar.
Por otro lado, las dimensiones de la llama son un factor impor
tante de la isotermía de la carga, a cuya desigualdad son impu
T
191
El estudio de estos elementos se sale del cuadro de este libro.
No obstante, vamos a enumerar los distintos sistemas que
existen en el mercado y cuándo es necesario aplicarlos.
tables una parte importante de los defectos de cocción de ciertos
productos.
Afortunadamente, cuando se trata de equipar nuevas instala
ciones, estos problemas han sido ya resueltos por los construc
tores de los hornos o aparatos, que se han preocupado, con todo
conocimiento de causa, de adoptar los quemadores más apropia
dos a su función.
Cuando se trata de convertir hornos existentes, que funcio
nan con carbón o fuel-oil, al funcionamiento con gas natural, re
comendamos acudir siempre al constructor del horno para pedir
su consejo. Si ello no fuera posible, deberá estudiarse minucio
samente el tipo de quemador de gas cuyas características de com
bustión y dc llama se aproximen lo máximo posible a las de su
funcionamiento actual. Tras ello, es relativamente fácil obtener
unos resultados óptimos, eligiendo juiciosamente los nuevos que
madores o transformando a gas los quemadores de fuel-oil exis
tentes (cuando ello es posible), modificando incluso, si es preciso,
su emplazamiento.
A fin de facilitar este trabajo, liemos resumido, en el cuadro
anterior, las principales características de los quemadores y las
principales aplicaciones de los mismos.
4.10.
de elementos auxiliares para:
91 proteger las canalizaciones y los mezcladores de los retornos
de llama,
encendido automático,
® detección ile Ins llamas,
'*
Protección de las canalizaciones y los mezcladores
de los retornos de llama
Esta protección sólo es necesaria en los quemadores de mez
cla previa de aire y gas, en donde la combustión puede propagarse
a la mezcla y a las máquinas mezcladoras situadas a veces a cier
ta distancia del quemador. Los dispositivos utilizados son: para
llamas formadas por rejillas y virutas de cuproníquel o acero ino
xidable, y válvulas térmicas que cierran el paso "cuando se pro
duce un aumento de temperatura por combustión en su interior.
4.10.2.
Encendido automático
El encendido manual de los quemadores por una mecha im
pregnada de alcohol es todavía empleado con frecuencia en los
grandes quemadores dc hornos de alta temperatura de marcha
continua o de utilización de gran intermitencia. En los demás
casos se recurre a un sistema automático de encendido, que pue
de ser de mando manual o eléctrico. Estos sistemas son:
® por resistencia eléctrica,
•
por chispa eléctrica,
•
por cristal piezoeléctrico.
Elementos auxiliares de los quemadores
Los quemadores van acompañados muchas veces dr una serie
15
4.10.1.
rcmilacinn attinpi•• lit •>.
4.10.3.
Detección de las llamas
El detector de llama es un dispositivo de seguridad que, en
caso de no encendido del quemador después de un tiempo deter
minado o en caso de extinción accidental en marcha, provoca el
cierre de la válvula automática dc llegada de gas al quemador o
»rnpo dc quemadores en cuestión.
1
1
•
1
•
1
D
^-^
H2>
GAS NATURAL
192
Los tipos de detectores de llama corrientemente empleados
son:
•
•
dispositivos de dilatación,
pares termoeléctricos,
•
electrodos de ionización,
•
células fotoeléctricas.
4.10.4.
CAPITULO V
Aplicaciones industriales
Regulación automática
La regulación de la marcha de un quemador consiste en re
gular:
•
°
la potencia térmica o caudal térmico,
la calidad dc la combustión, es decir, la relación aire-gas.
Esta última se efectúa manualmente y consiste en fijar una
Aparte del empleo del gas natural en la industria para los
usos específicos que hemos señalado anteriormente, y en los cua
les el gas es insustituible, vamos a exponer las aplicaciones en
las ramas industriales más importantes, señalando los servicios
vez por todas un valor determinado de la relación. Las válvulas
en los cuales el gas es más idóneo y permite sustituir ventajosa
de regulación de proporción se conectan de forma que, al variar
el caudal de una de ellas, varía proporcionalmente el caudal de
mente a otros combustibles.
la otra.
La regulación de la potencia o caudal térmico viene deter
minada esencialmente por la temperatura, y se consigue regulan
do el caudal de gas al quemador. Esta regulación puede ser auto
mática y es accionada por un termopar, termómetro, manómetro
(caso de producción de vapor) o pirómetro.
La regulación puede ser: discontinua o continua.
La discontinua puede ser: «de todo o nada», «todo o poco» y
«todo, poco, nada».
La continua puede ser: proporcional, integral, derivada o com
binación dc 2 o 3 acciones precedentes.
Actualmente se encuentran en el mercado reguladores galvanometálicos, permitiendo obtener impulsiones proporcionales
a la diferencia de temperaturas entre el valor medio y el valor
de consigna. Estos sistemas permiten realizar una regulación
proporcional sencilla dc los quemadores de «'as.
Las aplicaciones más importantes y corrientes son las si
guientes:
Generadores de vapor.
Siderurgia y metalurgia de metales férreos.
Metalurgia de metales no férreos.
Cales y cementos.
Vidrio.
Cerámica.
Industria Química.
Industrias agrícolas y de alimentación.
Industria Textil.
Madera, papel y cartón.
Utilizaciones diversas.
5.1. Gas natural en los generadores de vapor
Aunque la elección del combustible utilizado en un genera
dor dc vapor no tenga influencia técnica sobre la producción, su
incidencia sobre numerosos factores puede variar muv sensible-
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
194
gas y la rápida combustión de éste, permite aumentar la
mente de un combustible a otro. A este respecto, las ventajas
específicas del gas le colocan en una situación favorable. Estas
ventajas se derivan de las características del gas, especialmente
carga térmica específica. La infraestructura de recolección
de las cenizas y escorias puede suprimirse. Desde luego, que
da suprimida la parrilla y todos los elementos de manuten
dc su estado físico, de su pureza y, dc una manera particular, de
ción mecánica. Las cámaras de combustión, empleando gas
natural como combustible, permitirán cargas térmicas espe
la constancia de su composición y de la ausencia de azufre.
Dichas ventajas, respecto a los combustibles sólidos y líqui
cíficas comprendidas entre 0,5 x 106 y 1,5 X 106 kcal m3/h
dos, son las siguientes:
que, referidas a la sección transversal de la cámara, deben
© Ausencia de almacenamiento del combustible en el exterior o
permanecer dentro de los límites de 450 000 a 900 000
interior de la sala de calderas.
kcal/m2/h.
9 No hay formación dc cenizas de ninguna forma: sólidas, li
quidas, fundidas (escorias) o volantes. Todos los dispositivos
b)
trales modernas de carbón pulverizado. La combustión del
ceso mínimo de aire del orden del 10 al 20 % cuando con
gas no poluciona ni contamina la atmósfera.
No hay deposición ni formación de depósitos adherentes en
las superficies de intercambio de calor de la caldera, mejo
fuel-oil no puede bajarse del 20 al 30 % y con el carbón del
40 al 50 %. Igualmente existe posibilidad de reducir la tem
peratura de los humos a la salida de los quemadores, sin
riesgo de corrosión en las partes finales de la instalación,
rando la transmisión de calor de las partes metálicas y no
aumentando la resistencia del circuito dc gases.
*
debido a la ausencia dc azufre en el gas y de S02 en los pro
ductos de combustión. La constancia en la composición de
los humos para distintas cargas de la caldera (demandas de
vapor), permite que los rendimientos industriales de explota
El caudal de combustible, fácilmente mediblc, permite una
regulación sencilla del aire de combustión en función de aquél.
© La mezcla aire/gas puede realizarse íntimamente con un dé
bil exceso de aire, asegurando una combustión completa y
mejorando el rendimiento térmico.
• Siendo la proporción de azufre prácticamente nula, no tienen
ción alcancen valores próximos a los rendimientos teóricos
o de prueba.
c)
que existir corrosiones en la parle final de la caldera, espe
peratura de los humos puede disminuirse sin temor.
La incidencia del empleo del í/as sobre otros farloics se deja
rá sentir en:
La regulación
El empleo del gas natural facilita la utilización de dispositi
cialmente en los cconomizadores o recuperadores de aire, los
ventiladores de tiro forzado y los conductos de unión. La tem
a )
El funcionamiento
El rendimiento térmico puede mejorarse, como mínimo, de
tres a cinco puntos (según el combustible que sustituya pue
de llegar a 8 °/o) gracias a la posibilidad de realizar y mante
ner la proporción aire-gas a diferentes marchas, con un ex
de recuperación (tolvas, ceniceros, registros, etc.) y de evacua
ción pueden suprimirse, especialmente los separadores de
polvo, tan importantes y tan numerosos en las grandes cen
9
195
vos de regulación y de mando automático, manteniendo cons
tante la presión de vapor y la mezcla aire-gas del quemador,
siguiendo las variaciones de las demandas de vapor.
d)
El mantenimiento
Los quemadores de gas no necesitan prácticamente ningún
mantenimiento, permaneciendo siempre libre de goteos y de
La conslmcción
Las dimensiones de lis cámaias de • on-luislión •!< I >s calde
polvo los frentes de la caldera donde van colocados los que
ras pueden rrduchse con respecto a las dimensi-,<n•.;;. comen
madores. Las superficies de transmisión dc calor de las cal
deras permanecen siempre limpias.
tes de éstas, lililí -ando raí Uní. La perfecta me
la de aire/
e)
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
196
197
Las inversiones
ción de los quemadores. Estos deben cumplir, especialmente, las
El gas natural permite la supresión de los parques de alma
exigencias siguientes:
cenamiento del carbón o de los tanques de almacenamiento
a)
de los combustibles líquidos, así como de todos los disposi
tivos de alimentación y trasiego de combustible y evacuación
de cenizas. Tampoco son necesarios dispositivos para supri
mir o reducir los riesgos de contaminación atmosférica. Con
el gas natural se suprime el riesgo de eventuales indemniza
ciones por daños a los vecinos o a la agricultura.
La producción de vapor utilizando gas como combustible, es
pecialmente en las industrias que necesitan el gas natural para
asegurar una mezcla homogénea y suficientemente rápi
da del aire y el gas, de manera que la combustión se
mantenga perfecta y terminada en la cámara de com
bustión antes de todo contacto con las paredes, cuya
baja temperatura detendría la combustión, con riesgo de
obtener inquemados (disminución dc rendimiento) y po
sibilidad dc formación de mezclas combustibles en el
circuito dc humos;
b)
asegurar, a cualquier régimen, que se mantenga constan
te la proporción de mezcla aire-gas próxima a la relación
estequiométrica y, en todo caso, dentro de los límites
de inflamabilidad con un amplio margen de seguridad;
c)
y órganos de seguridad y regulación, sin que la estructura de la
asegurar una velocidad de salida dc la llama del quema
dor inferior a la velocidad de propagación de la llama,
para evitar el desprendimiento de ésta de la boca del
quemador, especialmente durante el periodo de encen
caldera, en sí misma, sufra modificación alguna.
dido;
otros menesteres, es cada día mayor. En muchos casos regulariza
el consumo de gas cuando en otras dependencias la marcha de
los aparatos es intermitente y el aumento dc consumo permite
obtener precios más bajos en los contratos de suministro.
La transformación de las calderas no presenta, en general,
dificultades, reduciéndose al montaje del equipo de quemadores
5.1.1.
d)
permitir ajustar el volumen y la longitud dc la llama en
función de las dimensiones de la cámara de combustión,
a fin de asegurar que aquélla llene completamente la cá
mara, evitando siempre los puntos de impacto con las
paredes. En grandes calderas con cámaras de dimensio
nes importantes, es preferible colocar varios quemadores
en lugar de uno solo de mayor caudal;
e)
permitir la obtención de una llama luminosa que favo
Equipos para calderas industriales
El material necesario para la utilización del gas natural en un
generador de vapor comprende:
•
los quemadores,
•
los dispositivos de regulación,
© los sistemas dc seguridad.
5.1.1.1.
rezca el intercambio dc calor, particularmente en las
calderas a radiación.
Quemadores a gas natural
Las calderas de hogar interior o pirolubularcs y las acuotubulares modernas tienen la cámara dc combustión recubierla con
paredes o tubos de agua. Son, por consiguiente, hogares fríos
cuyas paredes están a una temperatura sensiblemente inferior a
la de ínllainahilidad del gas.
Esta característica de construcción
tiene una consecuencia
importante en lo T' ' *•<" reí" ". a las <ai aelerísl ¡ •>•• .le conslruc-
Existen en el mercado español quemadores que satisfacen
las exigencias indicadas. El número de quemadores depende,
esencialmente, dc la potencia de la caldera. En general, para cal
deras dc producción inferior a 20 t/t se coloca un solo quema
dor; para calderas de producción de 20 a 50 l/h se colocan dos
quemadores; para producciones superiores, se colocan cuatro
o más quemadores.
GAS NATURAL
198
APLICACIONES INDUSTRIALES
199
5.1.1.2. Dispositivos de regulación
Aunque la construcción de algunos órganos de control, de re
gulación y de marcha automática tiene alguna particularidad, en
la utilización de gas los principios generales son los mismos que
para otros combustibles (especialmente para los combustibles
líquidos) y su aplicación no entraña ningún problema particular:
por el contrario, la limpieza de gas y de los productos de la com
Para respetar estas tres condiciones, es necesario que, en todo
momento, se pueda accionar y controlar:
•
•
el caudal de gas,
la presión del gas,
•
el caudal de aire,
bustión son factores favorables para el buen funcionamiento de
dichos dispositivos.
•
la relación gas-aire,
•
el tiro.
La elección del tipo y programa de control y de regulación
será, en cada caso, objeto de estudio. En el mercado existen todos
los tipos de materiales que permiten revolver el problema, desde
Estos elementos se regulan, en general, para el conjunto del
equipo: sería deseable, sin embargo, que, a excepción del último,
pudieran regularse para cada uno/ele los quemadores.
el más sencillo al más complicado.
Las operaciones de encendido, tanto manuales,,,sémiautomáticas o automáticas, consisten en:
5.1.1.3.
Órganos dc seguridad
La seguridad merece ser estudiada cuidadosamente, por una
parte en razón de su gran importancia, por otra, en razón de las
exigencias particulares de empleo de un combustible gaseoso.
Teóricamente, es más fácil obtener una mezcla perfecta y rápida
entre el gas y el aire comburente —que, por otra parte, puede
aproximarse más o menos a las condiciones de una mezcla explo
siva— pero también es cierto que el gas se presta más láeihnente (debido a su facilidad de manipulación) a la adaptación de
dispositivos que permiten, precisamente, prevenir la realización
de tales condiciones.
El conjunto ele órganos de seguridad debe satisfacer a una
triple exigencia:
® impedir toda introducción de gas en un recinto de combus
tión sin que hayan sido accionados previamente los disposi
tivos de encendido y de que se haya controlado el liiuciouanúenlo correcto dc estos;
® impedir toda introducción dc una mezcla gas y aiie en pro
porciones tales que, la combustión de esa ni»-/.' la no pueda
hacerse rorieelainrnle:
asegurar la interrupción lápida de la alimentación de gas, en
caso de extinción imprevista de uno u otro quemador.
•
asegurar un barrido eficaz con aire de la cámara de combus
tión y de los conductos posteriores durante un tiempo su
ficiente, a precisar en las consignas, a fin de que no haya ves
tigios de gas en los mismos (cierre defectuoso de la válvula
de gas);
• encender el piloto o quemador de encendido y comprobar que
la llama se mantiene estable;
• regular la entrada de aire y después abrir el gas;
• asegurarse del buen funcionamiento del quemador;
• en instalaciones equipadas con varios quemadores, efectuar su
encendido sucesivamente.
La comprobación de encendido y mantenimiento de la llama
en cada quemador se asegura mediante un dispositivo de «con
trol de llama», que no debe intervenir más que a título de segu
ridad complementaria en caso dc incidente.
Se utilizan principalmente dos soluciones:
• la ionización de la llama que asegura la detección por medio
dc electrodos sometidos a una diferencia dc tensión que puede
ser continua o alterna, actuando entonces por rectificación
de la tensión alterna. Los electrodos deben colocarse en la
llama piloto, si existe, o en su defecto, en la llama principal,
v su posición debe elegirse cuidadosamente. La elección de
rado;
la medición de las radiaciones emitidas por la llama, debido a
una célula fotoeléctrica sensible a la radiación de los produc
electrodos de masa, de longitud apropiada, evitará la coloca
ción de dispositivos de seguridad por simple desprendimiento
de la llama de la boca del quemador, cuya intervención no
tendrá lugar más que en caso de .... desprendimiento exage
GAS NATURAL
ro, de ,a
acciommcIo c|
gasa los quemadores en caso de extinción
un dispos¡tivo de
l^O^r**"*™^^ avariación délo,
un dispositivo de control dc la presión provocando el corte de
La instalación más sencilla comprende pues:
apido de la llegada de gas a los quemadores. La vuelta 1
Mtuauon normal no puede hacerse más que por intervención
dos si,uaciones ysu acción debe traducirse en un corle total y
Los dispositivos de seguridad deben poder responde, a estas
cletectuoso de este).
La extinción inopinada de la llama puede tener dos causas:
variación o disminución intempestiva de la presión;
desarreglo de la combustión, haciendo que la mezcla aireas
en el quemador quede fuera de los límites de inflamabilidad
(paro de comente en el ventilado,- de aire o funcionamiento
dido podría provocar una deflagración.
ces llena de una mezcla en proporciones explosivas, cuyo encen
En general, el riesgo consiste en la extinción eventual de la
llama del quemador, seguido del derrame de la mezcla aire-gas
sin encender en la cámara de combustión; ésta se hallaría enton
con la llama.
tos de la combustión. La posición y la orientación de dicha
célula son importantes y deben escogerse juiciosamente. Ofre
ce la ventaja de poder montarse en el exterior de la cámara de
combustión sin necesidad de tener ninguna parte en contacto
200
201
Das
' •
l'n mim.iiii nlro
''•"• •'•'•
snniiridad
f
1
''
,
I
-+Volvida do reculad
i
Rooulador «te cor„a
dolocaldorn
H~Vólvu,;i dc cierro
una región o una industria determinada, la renovación dc los
A medida que progresa la disponibilidad de gas natural en
5 1.2. Conversión de calderas existentes a gas natural
natural.
La figura 87 representa un esquema completo de un equipo
de seguridad para varios quemadores de calderas, empleand»lo cas
gas natural en un grupo de quemadores para generadores dc vapor.
N«
•"r
I l--^=
Fig. 87.-Esquema dc los dispositivos de seguridad para combustión dc
V..IV..!.-, •I:,|ll|.in,i„ pilotos
dc la coldora ' "9,
t,„LVnlvul.i (I.-
'' T^f—s'
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Válvula automática dc escon*
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Valvtdo do cic
Coi noiurol
cerá todas las garantías necesarias.
la del quemador, la utilización de gas natural en las calderas ofre
dica y frecuente del buen funcionamiento de los diferentes órga
nos de seguridad, cuya elección es tanto o más importante que
En estas condiciones, y realizando una comprobación perió
rente y del ventilador de tiro.
El órgano de corte deberá también intervenir en caso de falta
de corriente, que provocará el paro del ventilador de aire combu
se, todas las maniobras del encendido.
cender hasta que la causa del cierre del gas se haya detectado
y suprimido, y después de efectuar, en el orden que deban hacer
más que manualmente, de tal forma que no pueda volverse a en
El rearme del órgano de corte de gas no podría efectuarse
APLICACIONES INDUSTRIALES
U
i'
i
r^
II
f~~ri
1
GAS NATURAL
202
equipos se hace en función de dicho combustible, ya que son po
cos los casos en que se abandona una vez adoptado y apreciado.
En aquellos equipos y calderas que inicialmente empleaban otros
combustibles y que, en una primera etapa, fueron adaptados al
gas natural, se sustituyen, a medida que se requiere su renova
ción, por hornos y calderas concebidos y construidos para la uti
lización de dicho combustible.
Es indudable que los constructores que han adquirido una
perfecta maestría sobre el gas natural pueden ofrecer instala
ciones específicas que den plena satisfacción a los usuarios, tan
to en resultados como en comodidad y seguridad.
Sin embargo, la llegada de gas natural a nuevas zonas y re
giones por extensión de redes de transporte y distribución, plan
tea la conversión de las instalaciones existentes y, por ello, se
APLICACIONES INDUSTRIALES
•
1
203
los dispositivos de control de llama por célula fotoeléc
trica pueden eventualmente adaptarse a las característi
cas particulares de la llama de gas natural.
2)
Calderas construidas o equipadas para funcionar con carbón
La adaptación a gas natural de las calderas a carbón presen
ta problemas más complejos y conduce a inversiones relati
vamente más importantes. Por ello, en general, no resulta
aceptable más que en quemadores de combustión moderna
en buen estado.
Dada la variedad de tipos existentes, no es posible estable
cer reglas precisas para las transformaciones a realizar y
sobre los resultados a obtener. Es algo que compite al cons
tructor de la caldera. No obstante, podemos dar ideas gene
rales, en el caso de calderas con parrilla mecánica, que per
ha considerado interesante señalar algunas peculiaridades:
mitirán a los industriales darse una idea de la naturaleza e
I) Calderas construidas o equipadas para funcionar con fuel-oil
importancia relativa de su problema.
La parrilla puede, en general, conservarse. En este caso es
El acondicionamiento de tales calderas es una operación sen
cilla y poco costosa:
• no hay que efectuar ninguna modificación en la caldera
en sí misma;
• todos los equipos auxiliares, ventiladores y óiganos de
regulación pueden conservarse. Concretamente, los cau
dales y las potencias absorbidas por los ventiladores de
aire-comburente y-dc-t-iro son ligeramenteinferiorcsXdisminución del exceso dc aire) a cuando funcionaban con
fuel-oil o carbón como combustible, ya que, teóricamente,
la cantidad de aire necesaria para la combustión depende
únicamente del calor desarrollado en el hogar (potencia
de la caldera) y no del tipo de combustible;
9 los quemadores de fuel-oil pueden conservarse; siempre
es posible disponer los quemadores dc gas alrededor dc
los inyectores de lucí. Pueden también sustituirse por
quemadores mixtos gas-fucl. Es interesante 'conservar los
quemadores de fucl, así como todos los dispositivos de
alimentación cuando ya están instalados, puesto que per
miten asegurar, en determinados casos, las variaciones de
la carga a fin de mejorar la modulación en el consumo
ele i'.as:
necesario protegerla, al pasar a la combustión de gas, por una
solera de ladrillos refractarios colocada sobre la misma. La
combustión mixta gas-carbón sobre parrilla es posible en
algunos casos particulares.
La única condición que debe respetarse es que el volumen de
la cámara de combustión sea suficiente.
Enrías calderas dé íübó«T de aguaes^necesario que la distancia
de la solera a los primeros tubos que reciben el «golpe de fuego»,
sea suficiente. Esta condición exige, a la vez, la supresión de la
parrilla mecánica. En la figura 88 se representa una caldera de
263 m2 de superficie de calefacción timbrada a 25 kg/cm2 con
recalentador, parrilla mecánica, economizador y chimenea de
tiro mecánico, en la que se modificó su estructura frontal al con
vertirla a gas natural suprimiendo la parrilla.
En general, el incremento en el rendimiento «calculado» pue
de alcanzar el 8%, cifra largamente confirmada por la expe
riencia:
Rendimiento gas natural: 92 %
Rendimiento carbón:
85 %
1
"1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
204
205
la cantidad de aire necesaria y los humos de combustión se
reducen en un 20 %, lo que se traduce en una disminución de
^
ir
'"f
la potencia consumida por los ventiladores de aire y de tiro;
los gastos de mantenimiento y de personal en aprovisiona
miento de combustible y retirada de cenizas quedan supri
midos;
los gastos de mano de obra para la marcha y conservación
dc la instalación pueden ser notablemente reducidos.
5.1.3.
Fig. 88.—'Trans
formación a gas
natural de una
caldera calcnlada
con
car
bón. Superficie
dc
dc
calefacción
la caldera
Las calderas construidas para utilizar gas natural no difieren,
en su estructura general, de las construidas para quemar fuel-oi-1.
Por este hecho, conservan la facultad de poder utilizar ambos
combustibles en régimen mixto. Se comprende que esta posibi
lidad es recíproca.
Esta facultad presenta un cierto número de ventajas de tipo
263 ni:l timbra
da
con
a
15
Hpz,
recatenta
dor, y tiro me
cánico.
económico. Principalmente:
•
•
r- 8 «Mi.
85
Una estimación paralela tic las ventajas que se derivarán de
la conversión permitirá establecer un balance comparativo de
resultados, lo que facilitará estimar la oportunidad dc la opera
poder mantener con precisión un suministro de gas natural
en condiciones económicas favorables, sin depender del factor
carga;
Aumento dc rendimiento 7 puntos, o sea:
92—85
Funcionamiento mixto gas natural -fuel oil
prever la utilización estacional;
"• poder suscribir un contrato en condiciones compatibles con
los imperativos de funcionamiento, interrumpiéndose incluso
el suministro, en contrapartida de lo cual puede obtenerse
una reducción sensible en el precio del gas consumido.
ción. Además de las ventajas enumeradas anteriormente, es pre
Técnicamente, el funcionamiento mixto, sea alternativo o si
ciso tener en cuenta las particulares motivadas por el cambio
de combustible; ventajas que inciden sobre el precio de coste del
multáneo, supone un compromiso entre los parámetros de regu
lación propios de cada combustible y, en consecuencia, entre las
condiciones óptimas dc marcha que podrían obtenerse con un
único combustible. A pesar de ello, el compromiso que se adquie
re es prácticamente satisfactorio y su incidencia sobre el rendi
miento resulta despreciable frente a las ventajas que, en la ma
yoría de los casos, supone una marcha mixta gas natural-fuel-oil.
vapor, y que relacionamos a continuación:
© la vaporización máxima dc la caldera se conserva o sobrepasa;
* la ganancia de rendimiento, calculado del orden del 8 °/o, es
superado largamente en la práctica, debido a la posibilidad
dc un reglaje correcto de la combustión a cualquier régimen,
prácticamente imposible de conseguir con el carbón;
1
^1
\
~-=%
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Sin embargo, el funcionamiento mixto no puede ser tomado
en consideración hasta después de haber establecido un balance
vo a palas orientables, permitiendo variar las cantidades de aire
exhaustivo de las consecuencias económicas, directas o indirec
de un cambiador de calor donde se recalienta a 150 °C, distribu
206
tas, que comporta.
a suministrar a los quemadores. Dicho aire está pulsado a través
yéndose a esa temperatura a los quemadores. El aire se admite a
Ejemplo:
A) Una fábrica de papel, produciendo 300 a 350 t/día de pa
pel, destinado especialmente a la fabricación de sacos, transformó
a gas natural una caldera moderna ALSTHOM, prevista para la
combustión dc carbón, de las características siguientes:
Capacidad
Variaciones de carga
Presión del vapor
Temperatura de recalentamiento
Temperatura del economizador
Temperatura de los humos
Caudal máximo de los quemadores
Consumo anual
45 t dc vapor/h
10 a 45 t vapor/h
75 a 110 kg/cm2
480 °C
cada quemador en la parte posterior del mismo por un registro
de turbulencia, compuesto de una especie de cilindro provisto de
palas que pueden abrirse o cerrarse, maniobrando una palanca
situada en el frontis del quemador.
Seguridad:
La seguridad está constituida (ver fig. 89) por un detector de
llama H, que mantiene abierta la válvula electromagnética (10)
de alimentación del piloto de encendido acoplada a la válvula
electromagnética (8) de seguridad de los quemadores.
300 °C
120 -145 °C
440 m3/h
19 683 010 m3
Dicha caldera suministra el 25 °/o de las calorías necesarias a
la fábrica, produciéndose el restante 75 % en otras calderas, que
mando cortezas de pino.
Quemadores:
La caldera está provista dc 3 quemadores dc gas de las características siguientes:
Caudal máximo unitario
Caudal mínimo unitario
Presión del gas
207
1 370 Nm3/h
340 NmVh
0,035 a 0,500 kg/cm2
Presión del aire
60 a 150 mm c.a.
Gas utilizado
gas natural de poder
calorífico superior, de
9 000 kcal/m3 a 15 °C,
V
^ I ^
CI«COITO
-t¿HH>< ' ' E*3
750 mmHg.
-t*r-IB
Aire de combustión:
El aire de combustión está suministrado por un ventilador
centrifugo equipado en su orificio de aspiración con un dispositi-
Fig. 89. — Esquema de los circuitos de seguridad y de regulación.
GAS NATURAL
208
La válvula electroneumática (3) está accionada por los «pre-
sostatos» de gas (5), colocados a ambas partes de aquélla y por
el «presostato» de aire colocado en el conducto de distribución
dc aire. Dicha válvula no abre el gas más que cuando la presión
de entrada es la correcta (suficiente presión) y cierra el gas si
se produce un exceso o una falta de presión. La válvula (4) está
destinada a evacuar el gas a la atmósfera cuando se cierra la vál
vula (3), a fin dc impedir, por una parte, la subida de presión en
la tubería de gas, si la válvula (3) no fuera hermética y, de otra
parte, la entrada de gas a los quemadores si las válvulas de
cierre colocadas en el circuito dc alimentación de los quemadores
no aseguraran una estanquidad absoluta cuando se cierran. Por
otro lado, un enclavamicnto eléctrico dc seguridad no permite
el funcionamiento del encendido más que cuando la válvula (7)
de alimentación del quemador está cerrada.
Encendido:
El encendido solamente puede realizarse si se efectúan las
operaciones siguientes:
Accionar el contactor de barrido de la caldera, que pone en
marcha los ventiladores de admisión de aire de combustión y de
extracción de humos. Barrido de la caldera con aire durante 3
minutos. Accionamiento del contactor de encendido que provoca
la formación de chispas. Abertura de la válvula electromagnética
del piloto de encendido (10), desbloqueando automáticamente el
enclavamicnto eléctrico dc seguridad. En esc momento se encien
de el piloto, y el detector de llama // entra en funcionamiento,
provocando la abertura de la válvula electroneumática del que
mador. Abertura a mano de la válvula (7). Reapertura dc los re
gistros de turbulencia dc aire a la posición determinada en los
ensayos. La regulación de la admisión de aire se efectuará accio
nando los registros de entrada de aire del ventilador.
Piloto de encendido:
El piloto está compuesto de dos tubos concéntricos: el prin
cipal (interior), por el que circula una mezcla aire-gas que quema
en el interior del tubo a unos centímetros dc su extremidad; el
APLICACIONES INDUSTRIALES
209
otro, exterior al principal, conduce gas puro que asegura el alar
gamiento de la llama del piloto y garantiza su estabilidad.
En el interior del tubo principal se aloja el electrodo detector
de llama que desemboca en la extremidad del piloto en el punto
donde se efectúa la combustión.
El dispositivo de encendido por chispa es exterior al piloto,
y penetra solamente en el interior de aquél en el punto donde se
efectúa la combustión. La longitud de la llama del piloto es
de 0,80 a 1 m.
Regulación:
Teniendo en cuenta las variaciones importantes de la deman
da dc vapor de la instalación con tiempos de respuesta del orden
de 10 s, la regulación automática tuvo que ser estudiada meticu
losamente. Se trataba, en efecto, dc mantener la presión de vapor
cualquiera que fuera la carga, y de ajustar el caudal de aire de
combustión al caudal de gas introducido en el quemador.
El funcionamiento del conjunto de regulaciones, cuyo detalle
y mecanismo no vamos a describir, puede resumirse como sigue:
•
Un aumento dc demanda de vapor se traduce en una disminu
ción de la presión, lo que provoca inmediatamente un aumen
to de abertura de los alabes del ventilador de aire, con objeto
de proporcionar el caudal de aire necesario a la nueva situa
ción.
•
Esta acción provoca igualmente un aumento instantáneo de
abertura de la válvula de entrada de gas natural, proporcio
nal al caudal de aire anterior.
• En caso de una disminución de la carga se producen las opera
ciones inversas.
La regulación del tiro de la chimenea se ha mantenido igual
al que tenía la caldera, antes de su conversión a gas, es decir,
por una cadena de acción proporcional del registro de tiro.
Gracias a la elasticidad de utilización, se ha podido equipar
una caldera que debía hacer frente a variaciones importantes en
el régimen de marcha dc las instalaciones, en las meior<*s rnnrli.
=1
1
Ti
r==%
T
T
APLICACIONES INDUSTRIALES
211
G/iS NATURAL
210
ciones de rapidez, automatismo y seguridad, lo que hubiera sido
La regulación comprende:
• Una regulación del caudal de vapor a 25 kg/cm2 efectivos,
difícilmente realizable con otro combustible que no fuera gas
accionando:
natural.
La regulación del caudal de gas (que actúa sobre el caudal
Aunque el tipo de tarifas aplicadas a los suministros de gas
de aire).
sea más favorable a los consumos regulares, la solución adoptada
Una regulación de la alimentación de agua accionada por
en la papelera citada ha permitido obtener una mejora sobre el
conjunto de gastos de combustible, por el hecho de que las otras
calderas han podido trabajar en condiciones óptimas de rendi
miento y marcha regular, efectuándose la modulación dc la car
el caudal de vapor (medido a la salida de la caldera).
Una regulación del recalentamiento, accionado por son
•
ga mediante la caldera a gas.
B)
y regulaciones en una cabina, registra:
La presión del vapor.
Una refinería de azúcar, tratando durante un año el azú
car bruto producido en 15 azucareras, con una capacidad de pro
El caudal del vapor.
El caudal de gas.
ducción de 130000 t/año, se equipó con una caldera a gas natu
ral de 30 t/h, para asegurar todos los servicios térmicos: jarabes
El caudal de aire.
circulando a temperaturas próximas a 70 °C; evaporación seca
Las temperaturas (vapor recalentado y humos).
dos, etc., después de pasar el vapor por la central eléctrica para
producir la energía eléctrica necesaria.
La caldera es Babcock & Wilcox, tipo FML 16, timbrada a
32 kg/cm2 La presión a la salida del recalentador es de 26 kg/cm2.
El vapor está recalentado a 400 °C. En marcha continua, la cal
dera asegura 28 t/h, con posibilidades de punta de 31 l duran
das termostáticas colocadas en la salida del vapor.
El cuadro de control de la caldera, colocado con los reíais
El contenido en oxígeno de los humos.
5.2.
Gas natural en la siderurgia y metalurgia
de productos férricos
En esta actividad de la industria, el gas natural encuentra el
te 1 h.
La caldera está equipada con dos quemadores de una poten
mayor número y la mayor diversificación de aplicaciones en las
cia de 11 000 termias/h, funcionando a 400 mm c.a.
cuales se valoran al máximo sus cualidades específicas. Todos
El encendido de cada quemador se hace por antorcha. El
control de llama se hace por célula fotoeléctrica sensible a los
empleo.
rayos ultravioleta.
En la conducción de gas se instalaron:
Una válvula de cierre manual.
los problemas térmicos que se replantean pueden justificar su
En este capítulo se recogen las observaciones efectuadas y las
informaciones recibidas de las utilizaciones más características,
como
son:
Un diafragma de medición del caudal de gas que regula
Reducción directa del mineral.
la toma de aire del ventilador de combustión.
Altos hornos y cubilotes de fusión de hierro fundido.
Una válvula de mando neumático de seguridad general.
Hornos de aceros Martin Siemens y hornos eléctricos.
Un regulador de presión reduciendo la presión del gas a
Hornos de recalentamiento.
400 milibarias (4 000 mm c. a.) y una válvula de seguridad
para presión mínima de gas.
Atmósferas controladas.
Un grupo de seguridad con válvula manual y válvula neu
mática sobre la alimentación de cada quemador.
Hornos de tratamientos térmicos.
Técnicas especiales.
Oxicorte.
^1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
212
5.2.1. Reducción directa del mineral
El objetivo perseguido es la reducción del mineral por la ac
ción directa de un gas reductor, sin pasar por los altos hornos,
ellos ha conducido todavía a realizaciones industriales económi
camente útiles, salvo en condiciones muy especiales. Esta situa
ción puede evolucionar en sentido positivo en el curso de los
213
»Se citan proporciones más elevadas, alcanzando hasta 1,6 ki
los de coque por m3 de gas natural. Estas proporciones corres
ponden a temperaturas del aire más elevadas con inyección si
multánea de oxígeno.»
donde el elemento reductor es el coque.
En numerosos países se han efectuado investigaciones sobre
diversos procesos. Sin embargo, aunque varios de dichos proce
sos hayan pasado del estado de investigación yhayan sido obje
to'dc instalaciones piloto o de ensayos industriales ninguno dc
,™!
En todos los casos citados, el gas natural se inyecta en las
toberas.
No se ha hecho mención de dificultades en el empleo de gas
natural: al contrario, sus condiciones de funcionamiento se esti
man favorables tanto desde el punto de vista de la inversión
como de la explotación. La débil proporción o la ausencia de
azufre del gas natural es un elemento favorable para su empleo.
Las tendencias actuales para una mayor valorización de dicha
próximos años.
técnica son:
5.2.2.
Altos hornos
La utilización del gas natural en los altos hornos conoce un
gran desarrollo en países que disponen de cantidades importan
tes de ese combustible. Así, por ejemplo, en la U. R. S. S., mas
- de 80 Altos hornos utilizan el gas natural en inyección en las
toberas dc aire.
Paralelamente a la inyección de gas natural, se ha desarrollado
el enriquecimiento del aire por oxígeno, cuya concentración, que
en término medio oscila entre 21,7 « y 23 «ó, puede llegar a al
canzar en ciertos casos el 27 «H, y hasta el 29 %. Cada 1*o de
oxígeno añadido al aire, hasta la concentración de 27 %, aumenta
la producción del horno alto en un 2,5 %. Si al mismo tiempo
se incrementa la inyección de gas natural en las loberas, el con
sumo específico dc coque disminuye rápidamente, pudiendo
en algunos casos obtenerse una economía dc coque igual a
1-1,25 kg/m\
•
aumento de la temperatura del aire,
•
inyección simultánea de oxígeno,
•
empleo simultáneo de gas y fuel-oil, con eventual pulveriza
ción del fuel-oil con el gas,
•
cracking preliminar del gas, con inyección de los productos
de disociación encima del nivel de las toberas.
Esta última técnica permitiría proporciones de inyección su
periores a las obtenidas por la inyección del gas natural bruto
en las toberas. La elevada proporción del gas natural en hidró
geno puede favorecer la reducción del mineral.
5.2.3.
Hornos de fusión
5.2.3.1.
Cubilotes de fusión dc hierro fundido
En una encuesta realizada por el Comité de utilización de gas
de la I.G.U. (International Gas Union) entre varios países utili
zando el gas natural en los altos hornos, se resumía así:
En diversos países se han realizado instalaciones inyectando
gas natural en los cubilotes para la fabricación de hierro fundido,
sustituyendo parcialmente, con éxito, al coque. El interés econó
«A título indicativo, en los altos hornos, cuya temperatura
bustible y del aumento de la capacidad de producción del cubi
lote. Se atribuye gran importancia a la ausencia de azufre del
del viento está limitada a 950° C, sin aportación dc oxígeno, se
inyectan 80 m» de gas natural por t dc fundición. 1 m3 de gas
natural sustituye a 1 kg de coque.
mico es considerable a causa de la disminución de coste del com
gas natural.
1
1
GAS NATURAL
214
El gas natural es inyectado en el cubilote por encima de las
toberas de inyección de aire.
Gracias al funcionamiento mixto gas natural-coque, la capa
cidad de producción del cubilote puede casi doblarse. El consumo
de calor, que es del orden de 950 termias por t de fundición
líquida empleando únicamente coque, ha podido reducirse a al
rededor de"600 tcrmias/t después dc pasar a la marcha mixta
APLICACIONES INDUSTRIALES
Entre las mejores se pueden citar:
•
•
Mejor calidad de la fundición obtenida.
•
Ausencia de polvo o de humos visibles en la chimenea, es de
cir, reducción de la polución.
Calentamiento de cucharas de colada.
Tratamientos térmicos: recocido de la fundición ferrítica y
perlítica.
Disminución del contenido en azufre del hierro colado. Las
pérdidas en silicio y manganeso eran idénticas a las encontra
das en los cubilotes empleando únicamente coque.
cubilotes, grandes posibilidades en otros servicios, tales como:
Oxicorte.
215
ducción de 25 t/h es de 40 kg/t de fundición, con un consumo
de gas natural de 30 Nm3 por t (poder calorífico del GN,
7 560 kcal/Nm3). El consumo térmico específico se sitúa entre
520 y 640 termias por tonelada.
coque-gas. El gas natural encuentra, además de su empleo en los
Secado de arenas de moldes.
Cocción de moldes.
^"H
Entre las mejoras económicas podemos citar:
•
Generación de gas de atmósferas controladas.
Economía considerable del coque, lo que representa una dis
minución notable sobre el precio de coste de la colada y un
aumento en el rendimiento térmico.
Ejemplo:
Entre las realizaciones recientes efectuadas en USA, en URSS
y en Holanda, podemos citar en esta última la fundición de
Leiden de la Koninglijke Nerderlandsche Grofsmcderij, especiali
zada en la fabricación dc lingoteras de acerería (peso unitario
20 t) donde, uno tras otro, dos cubilotes de 1,30 m de diámetro
se han equipado para la marcha mixta coque-gas.
Las lingoteras se cuelan a 1 300° C. La temperatura del canal
•
Menor desgaste de los cubilotes.
•
El precio de coste del combustible por tonelada de fundición
se reduce aproximadamente a la mitad.
•
Se dobla la producción y se incrementa la agilidad.
•
La explotación es económica.
5.2.3.2.
El gas natural es utilizado en numerosos países, especial
se sitúa alrededor de 1 400 a 1 430° C, pudiendo alcanzar l 450° C.
Gracias a pasar al gas natural en marcha mixta con el coque,
los cubilotes de 12 l/h, funcionando con coque solo, produjeron
22 t/h en la marcha mixta. También se han efectuado ensayos con
pequeños cubilotes para un diámetro dc 600 mm, obteniéndose
una producción de 4 l/h, mientras que para 800 intn de diámetro
se obtuvieron 6 t/h.
El consumo de coque, anles del empleo dc gas, era de 130 kg/t,
es decir, 960 termias (PCS) por t de fundición líquida. El rendi
miento térmico estaba comprendido entre 30 y 35 %. Después de
incorporar el gas natural, el consumo de coque para una pro-
Hornos de acero Martin Siemens
mente en URSS. A pesar de que su temperatura de combustión
es ligeramente inferior a la del fuel-oil, es muy apreciado por los
aceristas por su elevada potencia calorífica, su pureza (ausencia
de azufre y vanadio) y por poderse disponer a presión.
Para obtener en un horno Martin Siemens buenas condiciones
de calentamiento, es preciso que se cumplan las cuatro condi
ciones siguientes:
•
caudal suficiente de combustible;
•
posibilidad de evacuar los humos sin producirse excesos de
presión en las puertas;
en hornos Martin. No obstante, en Rusia es muy empleado y sus
técnicos propugnan haber encontrado un procedimiento para em
en los regeneradores del horno. En URSS, ya en el año 1964,
porciones estequiométricas, con aire precalentado a 1200° C, es
la siguiente:
2 345" C
Gas natural
frío
2 360° C
Gas natural
a 150° C
2 385° C
Fucl-oil
1200°C*
2 335° C
do a
presencia dc partículas de carbono incandescentes.
de éste.
20 a 30 °/o durante la primera fase, para aumentarla a 40-50 % en
guientes:
prometedores, añadiendo oxígeno en la combustión o efectuando
un cracking previo del gas.
Los resultados de explotación de un horno eléctrico de 8-10
t, después de varios meses de funcionamiento, en marcha normal
y empleando el calentamiento con gas-oxígeno, fueron los si
Ejemplos:
Otras técnicas dc utilización del gas natural solo, en los hor
nos de fusión del acero, están en experimentación con resultados
la colada y afino.
plemento del caldeo eléctrico después de la puesta en servicio
mente una hora antes del cebado) y, posteriormente, como com
de gas natural y fuel-oil consiste en efectuar una combustión
mixta empleando la presión del gas para pulverizar el fuel-oil.
Estos quemadores deben ser alimentados con gas a alta presión:
4 a 8 kg/cm2. La proporción de fuel-oil añadida al gas es de un
El principio es muy sencillo: se introduce un quemador de gas
natural-oxígeno en el interior del horno eléctrico, sea por la
puerta de trabajo o por la de precalentamiento (aproximada
tremadamente interesante.
cracking parcial del metano que aumente la luminosidad por la
Actualmente, la solución adoptada en las plantas que disponen
La utilización de gas natural en los hornos eléctricos, aunque
aparentemente sorprendente, se ha revelado en ciertos casos ex
diendo un combustible más rico en carbono, bien efectuando un
Hornos dc fusión eléctricos
5.2.3.3.
el gas.
ciones de marcha del horno son más favorables que con fuel-oil
solo. El consumo específico de gas es de 150 m3/t de acero. El
consumo total de calor de los hornos Martin, que era del orden
de 1300/2 600 kcal/kg, ha podido ser mantenido con el gas na
tural a sus límites más bajos: 1 300/1 400 kcal/kg. La producción
de los hornos ha podido ser aumentada en un 15 °/o. El acero
obtenido es de mejor calidad debido a la ausencia de azufre en
En cualquier caso, puede señalarse en su favor que las condi
dc la producción total de acero Martin del país.
tural, produciendo 40,2 millones de t de acero, es decir, el 60 %
210 hornos Martin consumieron 4 400 millones de m3 de gas na
plear gas natural solo, efectuando un cracking parcial del gas
final de colada y afino, donde los intercambios por radiación tie
nen importancia, es necesario aumentar el poder emisivo del gas
natural, cuya llama, naturalmente, es menos luminosa, bien aña
próximas entre los distintos combustibles, el gas natural tiene
menor poder emisivo, por lo que en el momento de las fases de
A pesar de que las temperaturas de combustión son muy
COj: 4%-CO: 26%-H^: 15%-CHf. 4%-N2: 51%
Análisis medio del gas dc gasógeno
dc combustión
Temperatura
Combustible
Gas de gasógeno precalenta
natural, comparada con la del fuel-oil y gas de gasógeno, en pro
Faltan datos precisos relativos a la utilización del gas natural
debido al desarrollo de los convertidores básicos al oxígeno.
• gran rapidez de mezcla del combustible y comburente.
La temperatura teórica de combustión de la llama de gas
ticularmente durante el refino;
En numerosos países la importancia relativa de los hornos
Martin Siemens para la fabricación del acero está en regresión,
9 llama de temperatura elevada y de fuerte poder emisivo, par
217
APLICACIONES INDUSTRIALES
216
GAS NATURAL
,™|
=1
1
=1
Gi4S NATURAL
218
APLICACIONES INDUSTRIALES
Promedio con
Promedio
marcha normal
quemadores
gasIoxigeno
2 705 kg
5,29 h
3 510 kg
219
falta de aire). Además, permite reducir la temperatura de evacua
ción de los productos de la combustión hasta un valor próximo
al punto de rocío, sin que las partes metálicas frías sufran ries
gos de corrosión.
Producción horaria
Duración media por colada
Consumo eléctrico por t de lin
gote
Consumo de gas natural nv'/t
Consumo de oxígeno m3/t
Duración media de las bóvedas
Duración del revestimiento de
sílice
4,10 h
792 kWh
0
l m:'
96 coladas
591 kWh
15 m3
20 m3
138 coladas
60 coladas
90 coladas
Estos resultados se obtuvieron únicamente en marcha de no
che. En marcha continua, los tiempos de colada pueden reducirse,
obteniendo regularmente 6 coladas en 24 h.
5.2.4.
Hornos de recalentamiento
La adaptación dc estos hornos al gas natural, tanto si se trata
de hornos de empuje para laminación, como hornos para forja,
hornos de solera móvil u hornos de solera rotativa, no presenta
ninguna dificultad. A temperaturas inferiores a 1 000° C, el inter
cambio de calor se realiza más por convección que por radiación;
la menor luminosidad de la llama de gas no entraña, en este caso,
ninguna disminución dc rendimiento respecto a otros combus
tibles.
Los hornos de recalenlamiento son, prácticamente todos, de
atmósfera normal y, por tanto, oxidante, puesto que los produc
tos dc combustión circulan alrededor de las piezas a calentar en
el laboratorio del horno. El calentamiento en atmósfera normal
tiene el inconveniente dc provocar una oxidación superficial del
metal, tanto más importante cuanto mayor sea la temperatura y
la duración de la operación. Este inconveniente resulta menor si
la capa de óxido formado no es adherente (cascarilla) y se des
prende fácilmente al manipular la pieza a la salida del horno.
Resulta diferente si dicha capa es lo suficientemente adherente
para exigir una operación de descalaminado. Se han realizado
numerosos trabajos para estudiar las condiciones de formación
de óxido y las características de adherencia, pero sus resultados
no son concluyentes. En la práctica, esos fenómenos vienen in
fluenciados por numerosos parámetros, principalmente por la
composición del metal tratado y el aspecto de su superficie. En
particular, los aceros aleados son más sensibles a este fenómeno.
El interés principal de la conversión de los hornos de recalenta
miento al gas natural reside en la posibilidad de mejorar las
condiciones del calentamiento mediante quemadores apropiados,
que producen una forma, unas dimensiones y un poder emisivo
de la llama adecuados, y una combustión sin exceso de aire que
tamiento dc tochos, lingotes, slabs y palanquilla, en los que la
insuficiente radiación de la llama debe compensarse por una ra
diación acrecentada de la bóveda y de las paredes del horno, cuya
parece juega un papel importante en la formación del óxido y
sus condiciones dc adherencia. La elección dc quemadores inten
sivos (de llama corta) ha permitido aumentar en proporciones
importantes la capacidad de producción de esos hornos. Los hor
nos especialmente proyectados y dotados de quemadores radian
tes múltiples situados en la bóveda, parecen llamados a tener
temperatura debe ser más elevada y la pérdida calorífica más
gran desarrollo.
importante.
El gas natural está especialmente adaptado para su aplicación
en hornos de recalentamiento, tanto desde el punto de vista de la
perfecta realización de la combustión como desde el punto de vis
Para temperaturas superiores a 1 000° C es descable cierta
luminosidad de la llama, en particular en los hornos de calen
La utilización del gas natural da la posibilidad de una regula
ción precisa de la combustión y permite obtener el régimen más
económico con la regulación aire-gas correspondiente a las ópti
mas condiciones del tratamiento (atmósfera neutra o con ligera
ta del control y conducción de los hornos.
1
1
221
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
220
Los resultados obtenidos en la conversión al gas natural han
permitido mejorar:
Ejemplos:
•
la conservación dc los equipos,
lanquilla de 83 X 83 mm de 10 m de longitud para laminación de
•
el rendimiento térmico,
9
el aumento de la potencia,
A)
Horno de empuje de 100 t/h de potencia, para tratar pa
redondos de 5 a 25 mm de diámetro.
Características del horno:
<& la calidad de los productos (pérdidas al fuego por oxidación).
Dimensiones
Totales
Útiles
18,5 m
Longitud
33
efectuar un calentamiento, sin oxidación, en atmósfera normal
Ancho
(citada al hablar dc la recuperación del calor de los productos
Alto
12,6 m
4,5 m
Debemos mencionar aquí ciertas soluciones adoptadas para
m
11
m
1,4 a 0,7 m
de combustión), cuando deben alcanzarse niveles elevados de
temperatura (1 300° C) y presentar a la laminación aceros perfec
tamente limpios (sin cascarilla).
El principio es el siguiente: una atmósfera de productos de
combustión permanece neutra o reductora para el acero, si las
relaciones CO2/C0 y H2O/H2 son inferiores a todas las tempera
turas de las zonas del horno y a los límites óxido-reductores a
las mismas temperaturas. Esta condición se alcanza con el gas
El horno tiene dos zonas de calentamiento:
Una zona de calentamiento principal, que comprende los 2/3
de la longitud del horno.
Una zona de igualación final.
La solera está inclinada 8o sobre la horizontal con objeto de
facilitar el avance de las palanquillas. La bóveda es del tipo sus
natural cuando la combustión se realiza con el 50-55 °í> del aire
pendida.
teórico.
La zona de calentamiento dispone de 10 quemadores en posi
ción frontal. La zona de igualación de 14 quemadores. Los que
madores son dc inyección de gas y aire en la boca del quemador,
Pero en dichas circunstancias no es posible alcanzar la tempe
ratura de l 300° C, a menos que el aire se introduzca a 900° C (con
lias frío) o con aire a 700° C y gas a 600° C. Esta última solución
es la que se adopla normalmente, y los productos de combus
tión que salen de la zona de alta temperatura, se utilizan después
de terminar su combustión con más aire, para el calentamiento
del aire y del gas a las temperaturas exigidas, mediante recupe
radores metálicos de calor.
Esta solución, estudiada especialmente para el trefilado del
acero, puede encontrar aplicación en las forjas y laminadores
modernos, donde se busca la economía del metal, la conservación
de utillajes costosos, la precisión y el buen aspecto de las super
ficies de las piezas terminadas. La economía del metal basta so
bradamente, en los aceros finos y especiales, para compensar el
Ihiero aumento de consumo con relación a un horno tradicional.
sin mezcla previa.
Los productos dc la combustión circulan en contra corriente
del avance de las palanquillas, y se evacúan bajo la solera en
la parte posterior del horno en una galería que las conduce a un
recuperador. El aire de combustión se recalienta a 450-500° C, cir
culando en un recuperador metálico vertical.
La regulación automática es independiente para cada una de
las dos zonas de calentamiento. Está constituida por cuatro to
mas a radiación total, repartidas dos a dos en cada zona del
horno; dos de ellas están conectadas a un registrador de tempe
raturas, las otras dos accionan el dispositivo de regulación pro
pio a cada parte del horno. Las temperaturas medidas y regu
ladas son las del ambiente del horno.
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T)
223
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Un dispositivo de proporción de mezcla regula la constancia
de la relación aire-gas para el conjunto de quemadores, midiendo
el caudal de aire caliente que actúa como fluido motor en la re
gulación. Dos manómetros controlan y regulan la presión del
horno actuando sobre el registro de tiro. La seguridad interviene
de material buscando una formación de calamina tan baja como
222
sea posible: en fin, los paros por accidente y por cambios de
fabricación, las puestas en marcha, el soldado de las palanquillas
por una subida excesiva ¡de temperatura en los paros, así como
una subida rápida en las nuevas puestas en marcha, exigen un
en caso de falta o exceso de presión de aire o de gas, en caso
de sobrepasar las temperaturas límites.
combustible fácil de regular y potente, lo que el gas natural ha
El recuperador está protegido, en caso de sobrecalentamiento,
por la admisión automática de aire suplementario de enfria
miento a la entrada del recuperador. Una circulación de agua
enfría la viga que soporta la curva de la bóveda entre las dos
zonas, y enfría también los seis tubos de empuje de la entrada
de la carga al horno: el caudal de agua es de unos 40-50 m3/h.
B) Horno de empuje, tratando 10 t/h, de palanquillas de
85 X 85, cortadas por oxicorte a una longitud máxima de 2,50
metros para laminación de redondos de 10 mm a 33 mm de
Los datos de explotación son los siguientes:
Combustible: gas natural.
Presión del gas en los quemadores: 250 mm c. a.
Temperatura del horno: 1 240° C
Capacidad máxima de producción: 100 t/h
Caudal térmico máximo de los equipos de calentamiento:
50 400 termias/h
Caudal térmico medio: 23 500 termias/h
Caudal máximo dc aire caliente: 48 500 m3/h
permitido alcanzar y mantener.
diámetro.
Características del horno:
Horno de bóveda suspendida de 20 m de largo y 4,8 m de
ancho, permitiendo el tratamiento de palanquillas de 2,50 m de
largo. La carga se efectúa por un dispositivo de empuje de 15 t, ac
tuando sobre el conjunto de palanquillas y desplazándolas una
distancia correspondiente al ancho de una de ellas, después de
haber descargado por la parte delantera del horno una pieza
mediante un empujador lateral que la hace deslizar paralela
mente a la pieza contigua, sobre una rampa, y a través de una
abertura situada frente al empujador lateral.
El calentamiento se efectúa mediante 4 quemadores colocados
en posición frontal del lado de descarga del horno de una poten
Tiempo de elevación de temperatura (horno frío): 72 h
cia unitaria de 1 000 termias/h. Dichos quemadores están alimen
Modo de utilización: dos turnos de 8 h
tados con gas natural a una presión de 80 mm c. a., reducida en
un regulador de presión, a partir de la red de distribución, tra
bajando a 3 000 mm c. a. Los productos de combustión ligera
Tiempo de calentamiento de las palanquillas: 1 a 2 h, según
los perfiles fabricados.
Consumo específico para el conjunto de fabricaciones: 440
termias (PCI)/t
Potencia eléctrica instalada: 20 000 kW
Potencia media consumida: 12 000 kW
Alimentando el horno los trenes de laminación (trabajando
automáticamente a gran velocidad) es necesario un gran sincro
nismo entre ambos elementos. Es igualmente necesario que la
calidad del calentamiento y las temperaturas en el acero, de una
palanquilla a otra, sean constantes. Es necesario evitar la pérdida
mente oxidantes (5 a 15 % de exceso de aire) recorren el horno
a contra corriente de la carga. No hay recuperador de calor so
bre los humos. El encendido de los quemadores es manual.
La regulación automática tiene por objeto asegurar los valores
de consigna del orden siguiente:
•
temperatura del horno, pudiendo estar comprendida entre
1 100 y 1 300° C;
•
presión del horno igual a 8 Pa ± 1 Pa; para conseguirlo, la
regulación actúa sobre:
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Vía de rodadura.
Solera móvil.
Puesta del horno.
Pórtico de elevación de la puerta.
Bóveda suspendida.
Conos de combustión de los quemadores.
Canales de evacuación de los humos.
Recuperador de calor.
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Fig. 90.— Horno de solera móvil para calentamiento de lingotes
de 200 toneladas.
226
GAS NATURAL
Los apoyos de las paredes, situados a un lado y otro de la
solera móvil, están hechos de elemento refractario y comprenden
dos series de seis canales de evacuación de humos repartidos a
todo lo largo del horno.
Dos colectores laterales blindados y calorifugados interior
mente conducen los humos a la base del recuperador, situado
muy próximo a la parte posterior del horno.
La bóveda es del tipo suspendida, para la cual se emplearon
refractarios poco densos y en capas delgadas. Está recubierta
de una capa aislante limitando las pérdidas de calor. Una panta
lla, colocada encima, protege a la bóveda de la radiación de la
puerta cuando ésta permanece abierta.
La solera está concebida para soportar las pesadas cargas pre
vistas. El principio de la construcción del carro recuerda el de
los vagones que soportan cargas pesadas o el de los pórticos de
grúa de los puertos: está apoyado sobre cuatro grupos de dos
ruedas de gran diámetro, con objeto de asegurar un buen reparto
de los esfuerzos, evitando así las incalculables sobrecargas lo
cales que se producen en las ruedas cuando se reparten unifor
memente a lo largo de la solera montadas de manera rígida sobre
ésta. El carro lleva una serie dc cuadros metálicos que no le
APLICACIONES INDUSTRIALES
227
La temperatura de la carga está controlada por un registrador
potenciómetro conectado a seis tomas fijas situadas alrededor
del horno (más dos utilizadas para el recuperador de calor sobre
los humos).
Para el calentamiento de los lingotes, se limita la temperatura
máxima del horno y permanece constante durante la igualación.
La regulación es del tipo clásico de acción proporcional e in
tegral, recibiendo los impulsos de dos cañas pirométricas colo
cadas a través de la bóveda. Dichos reguladores reducen progre
sivamente el caudal de los dos fluidos, gas y aire, proporcional
mente. La relación aire-gas se mantiene constante a todos los
regímenes gracias a dos válvulas motorizadas, acopladas, que en
función de las impulsiones recibidas del regulador de tempera
tura, actúan simultáneamente sobre el caudal de combustible y
sobre el caudal de aire.
La regulación de la presión es indispensable para asegurar una
buena igualación de la temperatura: una ligera sobrepresión a
la altura de la solera se mantiene gracias a un regulador que
actúa sobre el registro de tiro de la chimenea.
La potencia térmica instalada es de 8 000 termias/h, corres
son solidarios y que pueden dilatarse individualmente sin reac
pondiente a un caudal de gas natural de Lacq de unos 900 Nm3/h.
ción sobre aquél. Dichos cuadros están recubiertos, en su parte
Dos lingotes, uno de 90 t y otro de 110 t calentados en dicho
horno, dieron los siguientes resultados de explotación:
superior, de una chapa gruesa que recibe la obra de revestimien
to refractario de la solera. La capa superior de la misma está
Lingote de 90 t:
formada por ladrillos resistentes a las cargas. Todo el perímetro
de la solera está formado por hormigón refractario. El calenta
miento del horno se efectúa por 26 quemadores de gas del tipo
de combustión a gran velocidad (quemadores «jet») con aire
• Temperatura de entrada (en la superficie): 560° C en la parte
superior. 450° C en el piso (solera)
caliente (350° C) y gas a presión. Están colocados en cada lado
•
Subida a 1 255° C (temperatura superficial): 2 h
del horno agrupados en dos hileras:
•
Mantenimiento a 1 255° C: 15 h
•
Lingote de 110 t:
una superior, próxima a la bóveda,
• una inferior, sensiblemente al nivel de la solera. La gran velo
cidad de ejecución de los productos dc la combustión ase
gura una excelente circulación interna, favorable a una buena
homogeneidad de la temperatura de la carga.
• Temperatura de entrada (en la superficie): 500° C en la parte
superior. 420° C en el piso (solera)
•
Subida en temperatura en dos fasesSubida a 1 050° C:
1 h
Hornos de tratamientos térmicos
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horno y en cada instante, el aporte de calor necesario y suficiente.
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de horno. No sólo permite obtener y mantener una regulación
tura máxima, con pocos grados de diferencia, en un determinado
momento de la operación, sino más bien de respetar una cierta
curva de temperatura en función del tiempo, en un ciclo opera
tivo, que podrá durar varias horas o varios días. La docilidad
del gas natural lo convierte en combustible particularmente apto
para adaptarse a las exigencias del ciclo operatorio de este tipo
No se trata solamente de alcanzar y mantener una tempera
1) Precisión de la temperatura
2 1000 T*
1400
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guirse, en particular, en dos campos:
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exigencias van creciendo a medida que los imperativos de calidad
son más rigurosos y las tolerancias de fabricación más estrechas.
Esta precisión, que supone respetar reglas estrictas, debe conse
La característica esencial de ese ciclo es la precisión, cuyas
sucesivas de calentamiento y enfriamiento.
que comportan un ciclo más o menos largo y complejo de fases
Bajo esta denominación se agrupan una serie de operaciones
5.2.5.
Pérdidas a 1 250° C (en bóveda): 150 Nm3/h
Calentamiento lingote de 90 t: 4 900 m3
Calentamiento lingote de 110 t: 6 500 m3
las mismas características para el lingote de 110 t. Los consumos
de gas fueron los siguientes:
caudal de gas natural para el lingote de 90 t. Las curvas 3 y 4 dan
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700
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En los gráficos de las figuras 91 y 92, la curva 1 señala la tem
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Subida a 1 255° C: 1 h
Mantenimiento a 1 255° C: 18 h
Mantenimiento a 105° C: 3 h
GAS NATURAL
peratura de la caña pirométrica del horno y la curva 2 la del
228
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TIEMPO EN HORAS
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Fig. 92. — Calentamiento de 110 t.
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TIEMPO EN HORAS
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Fig. 91.—Calentamiento de un lingote de 90 t.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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GAS NATURAL
2) Precisión de la atmósfera
En toda operación de tratamiento térmico pueden producirse,
paralelamente a las acciones físicas perseguidas, reacciones de
naturaleza química, a veces perjudiciales, y a veces útiles, que
es necesario poder controlar. Se trata, corrientemente, de la ac
ción de los productos de la combustión sobre las piezas en trata
miento. La pureza del gas natural, especialmente la ausencia de
azufre, constituye un factor importante que permite eliminar
gran parte de las reacciones parásitas y perjudiciales. La supre
sión de la acción agresiva de los productos sulfurosos puede, en
ciertos casos, imponer la utilización del gas natural para trata
mientos que sería difícil o imposible realizar correctamente con
otros combustibles. Por otra parte, la composición constante del
gas permite un ajuste preciso de la combustión, que puede ser
mantenido o modificado a lo largo del ciclo, de forma que las
posibles reacciones de los productos de la combustión sean re
gulables con precisión.
En el caso en que, sin embargo, sea necesario proteger los
productos tratados de toda reacción, o de provocar reacciones
positivas de la atmósfera, el gas aporta una solución particular
mente elegante, bien sea por calentamiento de los hornos a tra
vés de tubos radiantes, bien sea por la producción de atmósferas
neutras de protección o atmósferas activas de tratamiento. Esta
contribución es tanto más apreciable debido a las exigencias cre
cientes de calidad, puesto que un gran número de tratamientos
deben hacerse bajo atmósfera controlada.
Teniendo en cuenta estas consideraciones, se pueden agrupar
los hornos de tratamiento térmico en dos grupos:
•
Hornos de atmósfera normal
•
Hornos de atmósfera con!rolada
Los primeros se utilizan siempre que la acción de los produc
tos de la combustión sobre las piezas a tratar pueda considerarse
despreciable o tolerable. El gas natural permite, mejor que cual
quier otro combustible, mantener en cl curso de la operación
térmica la calidad de atmósfera que más se adnpi. a |os pro
ductos tratados v a l-.s lines p'-rsecuidns.
APLICACIONES INDUSTRIALES
231
Los segundos son utilizados cada vez que las acciones de los
productos de combustión: oxidación, decarburación, etc., sean
incompatibles con las calidades de los productos a tratar. En
tales hornos, los recintos para el tratamiento deben estar sepa
rados de los recintos para la combustión, realizándose el inter
cambio de calor entre ellos por conducción y radiación a través
de las paredes que los separan. Dichas paredes pueden ser las
de muflas, en los casos en que el recinto de tratamiento esté en
el interior del de combustión, o de tubos radiantes, en el caso
inverso, en que el recinto de combustión esté en el interior del
de tratamiento.
En ambos casos, el gas natural permite una regulación de los
quemadores muy próxima al estequiométrico y, por lo tanto, de
rendimiento térmico óptimo. Además, los dispositivos de recu
peración de calores perdidos podrán ser utilizados en las mejores
condiciones, gracias a la limpieza y pureza del gas natural, para
alcanzar el mejor balance térmico del conjunto.
En el aspecto tecnológico no hay diferencias fundamentales
entre los distintos tipos de hornos utilizados para los trata
mientos térmicos —con gas natural—, que podrán ser, según los
casos, de atmósfera normal o de atmósfera controlada, sin que
deban modificarse sensiblemente sus disposiciones generales. Con
respecto a otros combustibles, estos últimos vienen, en efecto,
determinados esencialmente por las dimensiones y peso de los
productos a tratar, la capacidad de tratamiento y los dispositivos
de alimentación y circulación, etc.
Vamos a hacer una breve descripción de los.distintos tipos de
hornos y su adaptación al gas natural.
Hornos de solera fija o móvil
Estos hornos tienen un recinto o laboratorio de caldeo fijo,
dc formas adaptadas a las dimensiones, forma y naturaleza de
las piezas, las cuales permanecen en posición fija durante toda
la duración del calentamiento.
La solera del horno puede ser lija, introduciendo sobre la mis
ma las piezas a tratar, o móvil, a fin de facilitar las operaciones
de carga y descarga fuera del horno.
lo que es preferible, quemadores de alimentación separada,
que permiten obtener más fácilmente una llama larga, asegu
rando una mejor reparación de temperaturas a lo largo del
tubo. Existen tubos radiantes con recuperación.
bien el empleo de tubos radiantes para el caldeo. Esta última
solución específica de los combustibles gaseosos permite, dis
poniendo juiciosamente los tubos en el laboratorio, obtener
extraordinaria homogeneidad de calentamiento. Los quema
dores que equipan los tubos son quemadores de inducción o,
exige, bien la interposición de una mufla aislando la carga,
En el segundo caso, el calentamiento en atmósfera controlada
pleo de uno u otro de dichos combustibles.
homogeneidad del caldco de la manera más perfecta posible.
La múltiple división de los puntos de calentamiento posibles
con el gas, presenta a este respecto numerosas ventajas. Se
pueden utilizar quemadores de todos los tipos: a inducción
con fluido motor aire o gas, o a alimentación separada del
aire y del gas. A veces, estos hornos están equipados con
quemadores mixtos gas natural-fuel oil, permitiendo el em
En el primer caso, los quemadores están repartidos alrededor
del laboratorio a uno o varios niveles, a fin de regularizar la
233
Una zona de calentamiento.
9
culan en contracorriente.
base, obteniéndose así una utilización casi continua del equipo.
• Una zona de prccalcntamiento progresivo, por recuperación
del calor perdido de los productos dc la combustión que cir
prender:
carga. El horno o campana pasa sucesivamente de una a otra
base está en enfriamiento, otra en calentamiento y la otra en
asegurar una utilización metódica del conjunto: por ejemplo, una
Una campana sirve generalmente para varias bases, a fin de
iniciarse el proceso de calentamiento.
El ciclo de temperaturas está impuesto por la naturaleza del
tratamiento, y el horno, para ajustarse al mismo, puede com
según el tratamiento.
mado por una campana que puede desplazarse por puente-grúa
y colocarse encima de la carga, la cual queda así cubierta para
la carga, sino por desplazamiento del horno: este se halla for
Las piezas a tratar recorren la galería, entrando frías por una
extremidad y saliendo por la otra a una temperatura variable,
la bóveda.
longitud o parte de ella los elementos calefactores, es decir, los
quemadores. Estos están colocados en las paredes laterales o en
veces en forma de U), en la que están dispuestos sobre toda su
formado por una galería fija de forma rectilínea o circular (a
hornos túnel se caracterizan por el desplazamiento de la carga
con relación al dispositivo de calentamiento. Este último está
Existe una gran diversidad en esta categoría de hornos. Los
Hornos continuos o túnel
ducen en la campana fija.
es el horno con elevador, en el cual las bases móviles se intro
rriente de ese tipo de horno es el recocido de chapas en placas o
en bobinas y el recocido de alambre en bobinas. Una variante
grama predeterminado de calentamiento. La aplicación más co
corrientes son los de alimentación separada de aire y gas. Es
muy fácil, con el gas natural, asegurar automáticamente un pro
Los quemadores pueden ser de diversos tipos, pero los más
el horno mediante tubos flexibles, para su funcionamiento.
de alimentación en aire y gas, sobre las cuales es fácil de conectar
yligereza del equipo de quemadores. Cada base dispone dc tomas
Como puede comprenderse, el gas se adapta especialmente
bien a ese tipo de horno, debido principalmente a la sencillez
es frecuente la utilización de tubos radiantes.
Estos hornos pueden ser de calentamiento directo (atmósfera
normal) o indirecto (atmósfera controlada). En este último caso,
APLICACIONES INDUSTRIALES
embargo, su introducción se efectúa, no por desplazamiento de
respecto al horno durante toda la duración del tratamiento. Sin
Como en los hornos de solera lija, la carga permanece fija
Hornos de campana
•
•
GAS NATURAL
El calentamiento puede hacerse en atmósfera normal o con
trolada.
232
1
1
234
235
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
•
Una zona de igualación.
Un horno de revenido. Constructor horno: «Incandescent».
•
Una zona de enfriamiento.
• Caudal máximo de cada quemador
• Longitud útil
Los hornos continuos o túnel pueden ser dc caldeo directo o
indirecto: en este último caso el empleo de tubos radiantes es
la solución más interesante. Corrientemente, estos hornos están
equipados con recuperadores para el precalenlamicnto del aire
dc combustión.
•
5,1 Nm3
9 160 mm
1 580 mm
Ancho útil
1 800 mm
• Ancho entre pies derechos
• Temperatura máxima
700 °C
El horno está igualmente dividido en tres zonas: zona de
precalentamiento, zona de calentamiento yzona de mantenimien
Ejemplos:
A) Instalación de tratamientos térmicos de piezas de forja
en las factorías de Simca, constituidos por 2 líneas de temple y
revenido y 2 líneas de normalización y recocido isotérmico.
Cada línea de temple y revenido comprende:
Un horno de temple. Constructor: Horno «Incandcscent».
•
Longitud útil
®
Ancho útil
•
Ancho entre pies derechos
1 280 mm
•
•
Temperatura máxima
Capacidad de tratamiento
900 °C
5 520 nim
915 mm
1 t/h
El horno está dividido en tres zonas: Zona de precalentamiento, zona de calentamiento y zona dc mantenimiento. Cada
una de las zonas está equipada con 12 quemadores del tipo de
aire insuflado: caudal máximo de cada quemador: 3 m3/h gas
y 29 m3/h aire; presión del gas en los tubos dc alimentación de
cada 1/2 zona: 200 mm c.a.; presión de aire: 350 mm c.a.
El tanque de temple al agua contiene 14 000 1. Dicha agua se
renueva en circuito cerrado por medio dc una bomba capaz para
un caudal máximo de 150 m3/h y de una altura manométrica
de 20 m de columna de agua, asegurando la agitación necesaria
para conseguir un temple conveniente. El agua se enfría pasando
a través de un refrigerador tubular a razón de 150 m'/h.
La instalación comprende también un tanque de temple al
aceite, de características idénticas al tanque de temple al agua,
pero lleva, además, dos agitadores en la cuba.
to. Cada una de esas zonas está equipada con seis quemadores
de aire insuflado y de aire de dilución periférico. Dadas las
bajas temperaturas de funcionamiento del horno, el aire de dilu
ción previsto sobre cada quemador tiene por objeto uniformizar
la temperatura en todo el laboratorio del horno, favorecido por
seis ventiladores de circulación colocados en la bóveda.
La regulación dc la temperatura de cada horno está repartida
por zonas y es completamente automática. Registradores-regula
dores proporcionales de una o varias direcciones o de acción
proporcional integrada y derivada, mantienen constantes las
temperaturas deseadas, salvo en el caso del horno de revenido,
donde el sistema de regulación está asegurado por un registra
dor-regulador de tres direcciones y de tres posiciones: todo,
medio o poco.
Cada línea de recocido isotérmico comprende:
Un homo de austenización, de empuje de bandejas. Cons
tructor: «Stein et Roubaix».
Longitud
9 080 mm
•
Ancho
1 280 mm
9
Temperatura máxima
9
Producción
Consumo térmico
900 °C
1 000 kg/h
550 000 kcal/h
En la primera parte del horno, que corresponde a la elevación
de temperatura, los quemadores están colocados en las paredes
laterales, junto a la bóveda y debajo dc la solera refractaria, en
cámaras delimitadas por los muretes dc soporte de la solera.
Los productos de combustión procedentes de los quemadores ín-
•"""Hi
1
236
^^Tl
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
feriores se envían al laboratorio a través de aberturas practi
cadas en la solera sobre el lado opuesto de los quemadores! To
dos los quemadores de esta primera parte del horno constituyen
dos zonas de calentamiento independientes, controladas separa
damente por los dispositivos de regulación de temperatura. En
la parte correspondiente al mantenimiento, todos los quemado
res están, igualmente, repartidos en dos zonas independientes,
pero colocados bajo la solera. Las dos zonas del horno están
separadas hasta cerca dc la bóveda por un múrete, con objeto
de disminuir los intercambios dc calor entre ellas.
A la salida del horno de austenización una deshornadora se
introduce, bandeja por bandeja, en la cámara de enfriamiento.
Horno de mantenimiento dc empuje de bandejas. Construc
tor: «Stein et Roubaix».
•
Longitud
•
Ancho
•
Temperatura de trabajo
•
Consumo térmico
237
El enfriamiento de las piezas se efectúa en una célula o cáma
ra metálica, en la cual un ventilador envía al interior aire fresco
aspirado de la nave. Unas persianas regulables permiten variar
la intensidad de enfriamiento en función del tonelaje tratado.
La regulación de temperaturas del horno de austenización se
efectúa mediante un pirómetro de cuatro direcciones actuando
sobre los conductos de alimentación de aire en cada una de las
cuatro zonas del horno. La acción es progresiva. La temperatura
se registra por medio de un pirómetro de cinco direcciones, co
rrespondiendo cuatro a las cuatro zonas, sirviendo la quinta para
registrar la temperatura de la célula de enfriamiento.
La regulación de temperaturas del horno de mantenimiento,
que comprende seis zonas, se realiza por medio de un pirómetro
de seis direcciones, que actúa sobre unas válvulas motorizadas
montadas sobre las conducciones de aire y de gas de cada zona.
14 600 mm
1 650 mm
700 °C
130 000 termias/h
La regulación es del tipo «todo o nada», pero a caudal nulo los
pilotos de los quemadores permanecen encendidos. La tempera
tura se registra por otro pirómetro de seis direcciones.
Como aplicación del gas natural en hornos de tratamientos
El horno está acoplado a la cámara de enfriamiento ante
rior de forma que la carga del mismo está obturada por la puer
ta dc salida de la cámara precedente. El deshornado se efectúa
por una puerta dc guillotina maniobrada por un pistón oleohidráulico.
El calentamiento se efectúa por 24 quemadores de baja pre
sión a turbulencia, desembocando en tubos semirradiantes en
aleación refractaria.
Los quemadores están colocados en las dos paredes laterales
térmicos podemos citar que la Empresa Seat, de Barcelona,
convirtió a gas natural todos sus hornos que funcionaban hasta
entonces con propano.
B) En una de las factorías de SKF donde se fabrican en línea
los anillos o aros de los cojinetes, los hornos de tratamiento tér
mico del proceso de fabricación, funcionan con gas natural.
Dos son los tratamientos a que se someten los aros en su pro
ceso de fabricación:
debajo del lecho de deslizamiento y entre los muretes que sirven
de apoyo al mismo. Se prolongan a través del laboratorio por los
• Después de su forjado en caliente, los aros desbastados se
tubos semirradiantes que proyectan los productos de combus
tión en cl horno, en las proximidades de la pared opuesta. El
• Después de torneados, los aros se someten a un calentamiento
calentamiento se reparte en seis zonas. La bóveda lleva seis ven
tiladores de circulación, uno por cada zona. La circulación de
los productos dc combustión facilita cl intercambio calorífico
con los productos tratados y permite la homogeneización de la
temperatura en cada una de las zonas del horno.
someten a un recocido antes de su mecanización.
y temple en aceite.
dátil
ALIMENTACIÓN DE FLUIDOS
l*Ü
Elemento
Control
Registro de
Eñcacia
Medio
Periodicidad
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Visual o análisis Según atmósfe- Mala combustión Limpieza del órgano de obtude humos o cau- ra ambiente
dalímetro
aire
Libre funciona
miento
Visual
3 meses
o ausencia de
llama
ración (mariposa,
persiana, etc.)
(gg
opérculo,
Mala combustión Limpieza-desblocado de los rePuesto en seguri- aistros
dad
Conexión órgano
Visual
1 año
Surpresor de
Reparación de la conexión
dad
Manómetro
Estanquidac
Mala combustión
Puesto en seguri
de mando-obtura
dor
6 meses
Fuga de gas
Localización de la fuga y re-
Caudal insuficiente paración
gas
Obstrucción del
filtro
Visual
1 año
Manómetro
Caudalímetro
1 año
palas y rotores
Velocidad de
rotación
Cuenta
velocidades
1 año
Estado de las
Disminución de
Limpieza o sustitución
presión
Manómetro
Caudalímetro
Disminución de
presión
(ap1
Limpieza en caso de obstrucción
Sustitución si es necesaria
Disminución de
Comprobar la tensión de las
presión
concas
Comprobar la conexión eléc
m
trica
Comprobar el estado de los
rodamientos
Caudalímetro
Presión diferencial
Manómetro
orificio órgano
deprimógeno
Según pureza
Obstrucción
Limpieza
del fluido
jsg
IMi
QUEMADORES Y ELEMENTOS DE CALDEO Y SUS ACCESORIOS
Elemento
Quemador
Control
Medio
Aspecto de la
Visual
llama
Periodicidad
1 día
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Desprendimiento
Puesta en estado del sistema
de la llama, ines- de mantenimiento de la llama
tabilidad, propa- (llama piloto, cono de comgación al interior, bustión refractario, boca del
ruido, calor
quemador, etc.)
Calidad de la
combustión
Visual
Analizador
Caudalímetro
Según utilizacion
Pérdida de rendí- Regulación de la combustión
miento, sobreca- por ajuste de los caudales de
lentamiento.
aire y de gas
Emisión de hollín
o inquemados
Piloto o quemador testigo
Aspecto de la
llama
Visual
1 día
de premezcla
Desprendimiento Regulación de la combustión
de la llama, llama por ajuste de los caudales de
demasiado larga, aire y de gas.
llama amarilla,
etc.
Tubo radiante
Estanquidad
en presión
Indirecto, por
constatación de
Según tempera- Defecto sobre los Cambio de tubo
tura de utiliza- productos calenta-
anomalías en los ción
productos
dos o tratados,
Limpieza interior
Visual
Según utilización
Pérdida de poten- Limpieza
cia
Regulación del quemador
Estanquidad
Caudalímetro
Según tempera- Pérdida de gas de Cambio de tubo
(til
Tubo radiante
en depresión
Manómetro
tura de utiliza- atmósfera,
ción
Depresión en el
horno
Limpieza interior
Visual
Según utilización
Pérdida de poten- Limpieza
cia
Regulación del quemador
ji&É
^D
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
238
239
Elcalentamiento antes del temple se efectúa en unhomo¡Para
Recocido de aros forjados
Después de forjados en caliente (1 160 °C), los aros desbasta
dos se someten a un recocido en hornos de las características si
guientes:
Tipo de horno: Horno de empuje con bandejas (22 bandejas
por línea: 2 líneas de bandejas).
Dimensiones: Longitud 38
7
Altura
3,6 m
res, con las siguientes características:
Para aros de pequeño diámetro:
horno de cinta transportadora
Tipo de horno
Producción
Calentamiento
Potencia térmica
m
Ancho
aros de pequeño diámetro y en otro para los diámetros mayo
m
Carga unitaria por bandeja: 190 kg
Cadencia de carga: 1 bandeja cada 7,30", o sea 8 bandejas por
300 kg/h
Regulación
23 tubos radiantes alimentados con gas
246 termias (30 m3 de gas natural)
3 zonas de regulación «todo o poco»
Gas de protección
1 zona de mantenimiento
atmósfera endotérmica
2 zonas de subida de temperatura
hora
Para aros de diámetros mayores:
Producción: 1 500 kg/h
Tipo de horno
Calentamiento: Por tubos radiantes en depresión
Producción
Potencia térmica: 2 300 termias/h (280 m3/h, de gas natural)
N.° de tubos radiantes: Horno de alta temperatura: 32 que
madores
Horno de baja temperatura: 13 que
Potencia térmica
Regulación
Gas de protección
23 tubos radiantes alimentados con gas
370 termias/h (45 m3 de gas natural)
3 zonas de regulación «todo o poco»
atmósfera exotérmica (98 % N2)
El gas de protección se produce a partir del gas natural en tres
generadores de atmósfera controlada, necesarios para el consumo
madores
Regulación: por «todo o poco» regresiva
Control de temperatura: Horno de alta temperatura: en 6
zonas
Horno de baja
Calentamiento
horno de rodillos
350 kg/h
temperatura: en 6
zonas
Gas de protección: Horno de alta temperatura: atmósfera en
dotérmica (40 % N2, 40 % H2, 20 % CO)
Horno de baja temperatura: atmósfera
de los cuatro hornos de tratamiento.
• Dos quemadores idénticos de una capacidad de producción,
cada uno, de 90 m3/h de gas de atmósfera endotérmica (40 Jo
N2, 40 %H2, 20 %CO), cuyo consumo de gas para cada uno de
ellos es de 35 m3/h.
• Un quemador de una capacidad de producción de 120 m3/h de
gas de atmósfera exotérmica (98 % N2), siendo su consumo
de gas natural de 20 ms/h.
exotérmica (98 °/o N2)
Calentamiento antes del temple
5.2.6.
Después de su mecanizado, los aros se someten a un templa
do al aceite seguido de un revenido a 180 °C por calentamiento
eléctrico. El conjunto de estos tratamientos forma una línea:^
continua.
•> ...
Atmósferas controladas
Al tratar de los hornos de tratamientos térmicos, hemos dis
tinguido entre hornos de atmósfera normal y hornos de atmós
fera controlada. Hemos señalado que gran parte de los trata-
r^U
240
—^j
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
mientos térmicos son muy delicados y exigen muchas precau
susceptibles de provocar acciones oxidantes (1,2,3), decarburantes
ciones, por lo que es necesario evitar el contacto de la acción
directa de las llamas de los productos de combustión, despren
didos en los quemadores, de las piezas a tratar, para evitar las
posibles acciones termoquímicas. Hemos visto que, en estos
(4,5) o carburantes (6).
La dirección de esas reacciones está determinada por las re
laciones de las presiones parciales:
casos, el calentamiento se efectúa a través de mullas o de tubos
radiantes. Pero, además, se exige otra condición: que las piezas
a tratarestén en una atmósfera apropiada a su composición y a la
naturaleza de los tratamientos solicitados (incluso un horno de
calentamiento eléctrico). Por ello debe disponerse de un quema
dor de atmósfera controlada, en el que la composición del gas
de protección, perfectamente definida para cada aplicación, sea
absolutamente constante.
Siendo el gas de protección fabricado a partir de una combus
tión, es fácil deducir la importancia de que el combustible de
base tenga características precisas e invariables. Por estas razo
nes, el gas natural es apreciado para la alimentación de quema
dores dc atmósferas controladas. Estas, según la naturaleza de
las acciones, serán: atmósferas neutras de protección (para evi
tar la oxidación o dcscarburación) o atmósferas activas (para la
carburación o carbónitruración).
Las atmósferas de combustión contienen siempre, totalmente
H2
CO
CH4
H20
C02
H2
El objetivo de la preparación de atmósferas controladas es
mantener, alrededor de las piezas, atmósferas en las cuales se
habrán eliminado los elementos nocivos, o se realizarán entre los
diferentes constituyentes un equilibrio tal que las reacciones no
pueden producirse más que en el sentido deseado.
Partiendo del gas natural, pueden prepararse los tres princi
pales tipos de atmósferas neutras o activas, por combustión par
cial con o sin catalizador, seguido de la eliminación de C02 y H20.
1)
Gas quemado parcialmente
Por combustión con falta de aire del gas natural, seguido de
condensación, se obtienen las atmósferas exotérmicas siguientes,
cuya composición puede oscilar entre los límites señalados:
o en parte, los gases siguientes:
CO
8
N2-C02-H20-CO-H2-02
H2
C02
excepcionalmente, CH4
CH«
Entre esos gases y los aceros pueden producirse las reaccio
H20
nes reversibles siguientes, según la temperatura y la presión par
cial dc los distintos constituyentes:
2 Fe + 02 í=± 2 FeO -> Fe,0,
Fe | H>0<FeO + R,
Fc-|-CO»j=í
FeO -l- CO
Fe.C -I Cü27=±3 Fe + 2 CO
Fe,C i ?.H2^>3 Fe + CIM
3 Fe | 2C0<=¡Fc«C
+ CO,
241
a
12%
8
a
16%
4
a
6%
0,5 a
0,8 a
3%
N2 68
1 %
a 73 %
Estas atmósferas, de preparación sencilla y barata, son sen
FcíO,
(0
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Excepto el N, todos los demás gases contenidos en los pro
ductos de combustión reaccionan con cl acero, sobre el que son
siblemente neutras; los valores de las relaciones
v
C02
son
H20
superiores a los valores límites dc las constantes de equilibrio
a las temperaturas corrientes dc los tratamientos. Presentan el
inconveniente de ser combustibles, lo que obliga a tomar ciertas
precauciones, especialmente para su introducción en los hornos
y para la purga de éstos.
r~i
^ti
n
242
2)
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
Atmósferas ricas en nitrógeno
Ejemplos:
Por combustión casi completa del gas natural, seguida de
eliminación de H20 por condensación y absorción, y de C02 por
bases orgánicas líquidas, se pueden obtener atmósferas cuya com
posición se sitúe entre los límites siguientes:
CO
H2
H20
0,5 a
0,5 a
0,02 a
N2 99
243
A)
Recocido de fundición maleable ferrítica y perlítica en
atmósfera neutra.
En una nueva planta de una sociedad filial de la Renault
se trataba de instalar 7 nuevos hornos de recocido: 2 para el re
5%
5%
0,002 %
cocido de la fundición ferrítica; 2 para tratamiento de aceros y
3 para el recocido de la fundición perlítica.
a 90 %
Estas atmósferas, neutras e incombustibles, se utilizan prin
cipalmente para el recocido brillante y el recocido sin decarbura
ción. Pueden igualmente utilizarse como gas de soporte para la
preparación de atmósferas activas, especialmente de cementa
ción, añadiéndole un hidrocarburo, metano o propano.
Para que las piezas respondieran a imperativos de normas muy
estrictas, era imprescindible tratarlas siguiendo condiciones de
temperatura bien programadas y en atmósferas perfectamente
definidas. Fue necesario pues, instalar unos hornos:
— disponiendo equipos de calentamiento modulado, precisos
y convenientemente dispuestos para seguir las curvas de
temperatura;
3)
Atmósferas endotérmicas
Se obtienen partiendo de una mezcla aire-gas demasiado rica
en gas para ser combustible, que se hace pasar por un catalizador
en un horno de calentamiento externo; los gases del mismo se
someten a un enfriamiento, seguido dc una absorción sobre bases
débiles o carbón activo, con objeto de eliminar toda traza de
vapor de agua.
La composición de la atmósfera obtenida se sitúa entre los
límites siguientes:
0 a
2 %
H2 40 a 45 %
CH4
0 a
Si la concepción general de los hornos dependía de la opera
ción térmica a realizar (hornos de recocer calentados por tubos
radiantes con atmósfera controlada), el estudio de su realización
dependía grandemente del combustible empleado. Para escoger
éste convenía, en lo posible, conciliar los imperativos técnicos
con las consideraciones económicas.
La elasticidad de marcha, la facilidad de conducción y la pre
cisión de la regulación son, sin duda alguna, ventajas en favor
del calentamiento eléctrico. En contrapartida, su coste de explo
tación es extremadamente alto. Además, el empleo de la electri
cidad permitía la instalación de quemadores de atmósfera con
CO 17 a 20 %
C02
— capaces de mantener las piezas a tratar en un ambiente
absolutamente de acuerdo con las prescripciones.
1 %
N2 43 a 34 %
trolada.
CO
u2
CO»
1120
Los valores de las relaciones
son tales que las
reacciones reversibles anteriores (2) (3) (4) (5) se realizan de de
recha a izquierda; las atmósferas son, pues, desoxidantes y car
Las condiciones de precio eran favorables a ciertos combusti
bles líquidos. No obstante, éstos no permitían prestarse a todas
las condiciones técnicas ni resolver todos los problemas.
burantes. Se refuerzan estas acciones por adición dc hidrocarbu
ros, metano y propano, para la cementación gaseosa o por la re
Por el contrario, los combustibles gaseosos, aunque menos
ventajosos desde el punto de vista económico que los combusti
generación de superficies descarburadas, por adición de NH<, para
bles líquidos, presentan el interés de ser mucho menos onerosos
que la electricidad y al mismo tiempo se prestan bien a las mis-
la carbonitruración.
™1
r-^j
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
Gi4S NATURAL
244
mas técnicas de utilización, adaptándose prácticamente a todas
las aplicaciones.
Solamente después de un estudio profundo se escogió el gas
natural, del que se podía disponer en buenas condiciones de su
ministro, para calentar los hornos de tratamiento, así como para
la fabricación de gases de atmósfera.
Las características de esos hornos son las siguientes:
Horno de recocido de fundición férrica
Producción: 500 kg/h
Cliclo de tratamiento:
Horno alta temperatura. Subida y mantenimiento a 950°C
durante 18 h 20 min
Horno baja temperatura. Enfriamiento de 950 °C a 750 °C du
rante 1 h 40 min
Enfriamiento lento de 750 °C a 700 °C , durante 20 h
Dimensiones de las bandejas soporte de las piezas: 0,8 X 0,8 m,
altura 0,4 m
Carga de piezas por bandeja: 420 kg
Cadencia de carga: 2 bandejas cada 50 min (colocadas una al
lado de otra)
Longitud útil de los hornos: Alta temperatura 18 m
Baja temperatura 21,75 m
"1
245
Potencia térmica instalada:
Horno alta temperatura
Horno baja temperatura
1600 ter/h
880 ter/h
O sea, aprox. 300 m3/h de gas natural . . .
2480 ter/h
Horno de recocido de fundición perlítica
Producción: 600 kg/h
Ciclo dc tratamiento: Subida y mantenimiento a 970 °C du
rante 19 h 48 min
Enfriamiento de 970 °C a 800 °C: 1 h 48 min
Enfriamiento rápido de las piezas a la salida del horno por
colocación de éstas sobre un transportador vibratorio.
Dimensión de las bandejas: 0,8 X 0,8 m; altura 0,4 m
Carga de piezas por bandeja: 270 kg
Cadencia de carga: 2 bandejas cada 54 min
Longitud útil de horno: 19,5 m
Tipo de horno: Horno de empuje con bandejas (2 líneas de
bandejas)
Calentamiento: Por tubos radiantes en depresión, alimenta
dos con gas natural
Atmósfera de protección: Nitrógeno
Tipo de hornos: Hornos de empuje con bandejas (2 líneas
Equipos de regulación: 40 quemadores y tubos radiantes en U.
de bandejas). Hornos superpuestos: horno de baja temperatura
superpuesto al de alta temperatura.
Zona de enfriamiento ventilado antes dc la descarga (1 ventilador
Calentamiento: Calentamiento por tubos radiantes en depre
sión, alimentados con gas natural.
Atmósfera de protección: Nitrógeno.
Equipos y regulación por horno: 40 quemadores y tubos ra
diantes en U; control de temperaturas en 8 zonas (horno alta
temperatura); 22 quemadores y tubos radiantes en U; control
de temperatura en 11 zonas. Uniformidad de temperatura obteni
do por 11 ventiladores de circulación (horno baja temperatura).
Potencia térmica unitaria por tubo radiante: 40 termias/h
de circulación)
Potencia térmica unitaria por tubo radiante: 40 ter/h
Potencia térmica instalada: 1 600 ter/h o sea, aprox, 200 m3/h
de gas natural
Se disponen de tres quemadores de atmósfera neutra (N2) ca
paces, cada uno de ellos, de producir 220 m3 de nitrógeno.
B) Transformación a gas natural de 3 hornos de campana
para recocido de chapas en bobinas, utilizando anteriormente
1
246
I
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
fuel-oil, y de 2 generadores exotérmicos de atmósfera controlada,
utilizando anteriormente propano (desprovisto de propileno).
Los hornos de campana se equiparon con 12 quemadores con
un consumo total de 1 800 termias/h. La conversión de fuel-oil
Los equipos que utilizaban el gas manufacturado eran los
siguientes:
•
nos son de recocido blanco sin descarburación bajo atmósfera
primer horno se invirtieron cerca de 4 semanas, pero el tercero
controlada.
se pudo transformar en menos de 2 semanas.
recocidos de carburación completa (caso de chapas para esmal
tado directo), no presentaron ninguna dificultad, puesto que la
constancia de composición del gas garantiza la constancia de
la composición de la atmósfera producida, lo que anteriormente
sólo podía conseguirse con el propano desprovisto de propileno
y no podía lograrse con el propano comercial.
La sustitución del fuel-oil por el gas en los hornos ha permi
tido una mayor homogeneidad en el calentamiento de las cam
2 hornos túnel Nassheuer calentados por tubos radiantes (1
de 4 t/h, 1 de 2,5 t/h, pudiendo ser forzado a 4 t/h. Estos hor
a gas natural se hizo deteniendo uno a uno los hornos. Para el
Respecto a la transformación de los 2 generadores de atmós
fera controlada, produciendo uno de ellos la atmósfera utilizada
para recocidos normales y el otro una atmósfera destinada a los
247
•
Generadores de atmósferas Nassheuer para los hornos prece
dentes, del tipo exotérmico.
•
1 horno de recocido de 3 t/h.
•
1 estufa de calentamiento directo por aire caliente para la
cocción de resinas epóxidas.
•
1 rampa de calentamiento de tubos antes de su revestimien
to con betunes.
•
2 hornos de calentamiento de extremidades de tubos.
La conversión de todos ellos se realizó con la intervención de
los constructores de los hornos en servicio. La conversión no
panas, así como condiciones de trabajo más agradables, especial
presentó ningún problema técnico especial.
mente sensibles en este tipo de hornos, que necesitan el montaje
y desmontaje de las alimentaciones de combustible. El gas permi
los inyectores de gas en los quemadores de los tubos radiantes,
tió, además, realizar una regulación de temperaturas modulante
sin extinción de los quemadores. Se ha facilitado igualmente el
encendido de los quemadores instalando pilotos permanentes.
Aunque no tenemos datos exactos del balance de explotación, se
ha obtenido una disminución del coste de calentamiento gracias
a la economía realizada en la conservación de las campanas de
La transformación de los hornos túnel consistió en cambiar
los asientos de las válvulas motorizadas y los caudalímetros de
gas y de aire. Además, se instalaron antorchas o pilotos nuevos
oxi-gas y se añadió una chimenea para mejorar el tiro.
Sobre los generadores se cambiaron los quemadores y los
caudalímetros.
acero inoxidable, debido a que el gas natural ha producido una
disminución notable de las deformaciones y corrosiones de las
No hubo dificultades en el horno de recocido.
Sobre la estufa, la necesidad de un buen encendido múltiple
mismas.
obligó a modificar la posición de los pilotos de encendido.
C) Conversión a gas natural dc todos los equipos térmicos
de una factoría que produce de 16 a 18 000 t mensuales de tubos
sin y con soldadura, y emplea a 2 550 personas.
Una parte de los equipos estaba alimentada por gas manufac
turado y el resto por fuel-oil ligero. Todos fueron convertidos a
Los equipos que utilizaban fuel-oil ligero eran los siguientes:
•
Un horno de recocido Stein et Roubaix con calentamiento an
tes dc temple al aire y revenido de una capacidad de 16 t/h.
•
Una caldera Poray de 360 termias/h para producir agua reca
lentada para el calentamiento de los tanques de fosfatación.
•
Tres generadores de aire caliente.
gas natural.
1
248
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
• Una caldera de agua caliente para calefacción de los locales.
Características del horno:
• Tres cubas de combustión sumergida para máquinas de de
Longitud
: 4,70 m
Anche
Alto
:
•
Modo de utilización
:
combustibles.
•
Capacidad por operación
Actualmente, la marcha normal del horno es con gas natural,
pero el fuel-oil puede utilizarse, en casos de emergencia, sin des
•
Temperatura del aceite
de templado
Esta transformación, que se efectuó durante las vacaciones del
®
Duración del tratamiento :
de vista de facilidad de explotación y reducción de los costes de
conservación, sin perjudicar lo más mínimo ni la producción ni
•
Consumo medio
:
180 termias/h
•
Temperatura del aceite
de templado
:
Atmósfera controlada
:
150 °C
atmósfera
sengrasar Mabor.
El horno de recocer estaba provisto de 48 quemadores de
fuel-oil ligero que podían recibir un equipo de combustión de
gas, permitiendo el funcionamiento no simultáneo con ambos
montar ninguna pieza, por la simple maniobra de las válvulas.
personal, ha resultado particularmente beneficiosa bajo el punto
•
continuo para cementación y
temple directo
200
a 300 kg de piezas, según for
:
ma y tamaño
:
920 °C
según espesor de concentración
carburante
endotér-
mica
D) Horno de calentamiento con atmósfera controlada y con
Una importante factoría de fabricación dc vehículos indus
3,00 m
4,50 m
deseado
el balance de explotación.
temple incorporado.
249
El horno (fig. 93) comprende tres partes: la cámara o esclusa,
la cuba de temple y el horno propiamente dicho. La cámara,
triales, empleando 4.450 personas y produciendo camiones de
situada encima de la cuba de temple, está cerrada por una puer
ta deslizante de mando neumático. Un quemador rampa situado
pone de un importante taller de tratamientos térmicos utilizan
do gas como combustible, comprendiendo:
• Dos hornos túnel para recocido de piezas en bruto.
delante de esta puerta se destina a quemar cualquier fuga del
gas de atmósfera a su abertura o durante el tratamiento. La cá
mara y el horno están provistos de transportadores de rodillos
independientes pero adyacentes, accionados por dispositivos me
cánicos de empuje accionados a su vez eléctricamente. La llegada
del gas de atmósfera está situada en la parte alta y posterior del
105 a 225 CV para cargas de 19 t, y con remolque para 35 t, dis
• Un horno de calentamiento antes de temple.
• Un horno de empuje de calentamiento antes dc temple en
baño de sales.
• Un horno de tubos radiantes para cementación v temple bajo
atmósfera controlada.
° Una máquina de lavar calentada por tubos sumergidos, segui
do de un túnel de secado de dos cámaras de combustión. ^
• Tres hornos especiales para cementación gaseosa, continuo
con temple incorporado.
Por su originalidad describimos este último tipo de horno
especialmente concebido para la finalidad deseada.
horno.
La cuba de temple, cuya capacidad es de 7 700 1 de aceite
caliente, mantenido a 150 °C por resistencia eléctrica y homogencizado por cuatro agitadores helicoidales dc dos velocidades de
rotación, comprende una cuba de recepción y de seguridad, con
una capacidad de 10 000 I. En caso de incendio del aceite de tem
ple, éste se trasiega a la cuba donde se enfría, mientras que la
combustión se extingue a medida que se llena.
El horno propiamente dicho, situado a continuación y sepa
rado de los elementos anteriores por una puerta de guillotina de
1^
Campana y conducto
Mando de la puerta
de evacuación de la
cortina de llamas
del horno
Mando de la puerta
de la cámara
HORNO
Toma para análisis
CÁMARA-
.
Introducción del gas
de atmósfera controlada
Puerta deslizante
de la cámara
6 tubos radiantes en
cada lado del horno
Válvula de explosión
Pulsador de deshornado
Pulsador de deshornado
1\
Ouemador de puerta
Mando del pulsador
Mando del pulsador
Nivel de aceite'
Orificio de reenvío
de aceite
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Deslizadores de guiado
Ventiladores de agitación
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Fig. 93. — Sección longitudinal del conjunto del homo de calentamiento
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
mientras que el nivel inferior del chasis queda a la altura del
deshornado. Puede recibir entonces la carga que sale del horno
y el conjunto del chasis desciende, introduciendo la carga en el
tanque donde se efectúa el temple, mientras la segunda carga,
que estaba sobre el piso superior del chasis, queda a la altura de
carga del horno y es empujada al interior del mismo. Queda en
tonces libre el piso superior del chasis para recibir una nueva
carga, que es empujada al interior de la cámara. El chasis, car
comprendida entre dos límites impuestos, uno por el comporta
252
gado en sus dos niveles, asciende: la carga templada puede em
pujarse fuera del horno y la tercera carga introducida queda en
espera en lo alto de la cámara para que la carga en curso de ca
lentamiento o de cementación venga a colocarse en el piso vacío
del chasis para su templado. Y así sucesivamente.
Generador de atmósfera:
253
miento de los materiales de la retorta y el otro por la aparición
de un depósito de hollín inmediatamente por debajo de 800 °C.
En el caso de descenso de la temperatura, se cierra la llegada
de la mezcla aire-gas a la retorta. En caso de falta de uno de los
fluidos, se para el compresor del mezclador.
Producción media por generador: 30 m3/h.
5.2.7.
Técnicas especiales
Agrupamos en este apartado ciertas técnicas relativamente
nuevas, algunas de las cuales son poco empleadas todavía en
España. Se trata de procesos específicos y en particular del gas
natural, susceptibles de representar un progreso importante en
la utilización óptima dc ese combustible.
La producción de atmósfera se efectúa en un generador en
dotérmico utilizando una mezcla gas-aire con mucho defecto de
aire. La retorta conteniendo el catalizador se alimenta con la
mezcla gas-aire anterior y es calentada por dos quemadores su
perpuestos, dispuestos tangencialmente y alimentados por un
mezclador de aire inductor. Dos caudalímetros, uno sobre el
aire y otro sobre cl gas, a la entrada del mezclador, sirven para
regular aproximadamente la relación aire-gas; un tercer caudalí
metro dc precisión sobre el circuito de gas desembocando a la
salida del mezclador, permite añadir éste para ajustar las pro
porciones al valor deseado.
Después de atravesar la retorta, el gas craquizado a 1 0501 100 °C se enfría rápidamente a 30 °C en un enfriador de circu
lación de agua, a fin de conservarle las características adquiridas
5.2.7.1.
El principio es el siguiente: Los tratamientos térmicos que
intervienen en el curso de fabricación de un objeto manufactu
rado, ya no son considerados como una operación independiente
realizada en un taller especial, con un proceso de fabricación
estático, sino, por el contrario, como una operación mecánica
que viene a incrustarse en su lugar en el ciclo de fabricación.
Se sustituyen entonces los hornos de tratamiento clásico por
verdaderas máquinas de tratamiento, a las cuales se ha conse
guido dar una cadencia de producción y un automatismo que
equivale al de una máquina útil empleada en las operaciones de
mecanización.
Las características comunes a estas técnicas son las siguientes:
a alta temperatura, para enviarlo después al horno.
El automatismo del horno de tratamiento térmico implica el
automatismo del generador. Dicho automatismo consiste en ase
gurar la seguridad y la constancia de marcha que debe realizar
absolutamente una proporción de mezcla aire-gas con una tole
rancia inferior al 0,4 %. Una adición del 1 al 4 % de gas en el
horno permite bajar el punto de rocío a —10 °C.
La temperatura de reacción en la retorta debe controlarse ri
gurosamente, y la temperatura de su calentamiento debe estar
Calentamiento rápido
•
rapidez,
•
precisión,
•
automatismo,
•
economía de combustible.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
G4S NATURAL
254
5.2.7.2.
Este procedimiento se aplica a las piezas de revolución cuya
Tratamiento a la llama
Mientras que los procesos tradicionales obligaban a calentar
la totalidad de la pieza, incluso si el tratamiento no interesaba
más que a una parte, el tratamiento a la llama realiza la localización del tratamiento bien superficialmente o bien en profundidad.
El calentamiento se efectúa al aire libre por uno o varios so
pletes, cuya forma, localización y movimiento se adaptan exacta
mente al tratamiento particular a realizar. Es necesario que el
tratamiento esté perfectamente localizado, que el calentamiento
y el enfriamiento sean suficientemente rápidos y, al mismo tiem
po, se sigan de cerca para que no sean influidos por conductibi
lidad las fracciones de la pieza inmediatamente próximas a las
que han dc sufrir el tratamiento.
de otra, el
enfriamiento sigue inmediatamente al calentamiento al mismo
ritmo que éste.
Los sopletes pueden alimentarse con todos los gases (acetile
no, propano y butano) y especialmente con gas natural.
La aplicación más frecuente de este proceso es el temple su
perficial que, según las dimensiones y las formas de las piezas,
puede tener dos variantes:
El temple instantáneo, en el cual la totalidad dc la superficie
a templar se calienta toda a la vez. La pieza, después dc conse
guida la temperatura, se sumerge por desplazamiento rápido
en el baño de temple. Este sistema se aplica a numerosas piezas,
tales como engranajes, cigüeñales, árboles de levas, etc.
El temple progresivo o lineal, en el cual la pieza a tratar se
monta en un torno vertical u horizontal y gira alrededor de su
eje, mientras que el carro porta-útil, en cl que van montados los
sopletes y el dispositivo de enfriamiento, se desplaza a lo largo
de una generatriz. El calentamiento y el enfriamiento que sigue
se efectúan así sucesivamente como en una operación de meca
nización. La velocidad de avance está dirigida por la tempera
tura superficial dc la pieza.
superficie debe templarse. Se aplica igualmente a los engranajes
de grandes dimensiones, en los que el temple se efectúa así, dien
te por diente.
5.2.7.3. Calentamiento por radiación a alta temperatura
Esta técnica consiste en exponer las piezas a la acción de
fuentes de calor a temperatura muy superior a la que hace falta
obtener, limitando el tiempo de exposición al tiempo necesario
para alcanzar dichas temperaturas. El principio de este proce
dimiento es crear, entre el objeto a tratar y la fuente de calor,
un gradiente de temperatura de suficiente importancia para con
seguir el efecto de calentamiento deseado en un tiempo determi
nado.
Esta exigencia tiene una doble consecuencia: dc una parte,
los sopletes deben alimentarse con oxígeno para realizar el ca
lentamiento máximo con una localización exacta;
25b
El problema consiste en no tratar de regular la temperatura
de un horno, sino el tiempo de permanencia en un medio de cal
deo cuya temperatura está rigurosamente regulada.
La variación del tiempo de calentamiento en función de la
temperatura es muy importante: por ejemplo, en un horno a
870°, una barra de acero de 25 mm de diámetro no alcanza com
pletamente esta temperatura hasta los 8 min, mientras que en el
interior de ambientes a 1 370° y 1 650°C alcanza dicha tempera
tura, respectivamente, en 80 y 45 s. Esta reducción del tiempo de
calentamiento es todavía más marcada si las piezas a tratar son
dc un espesor mayor. Para obtener estas grandes velocidades de
caldeo, hace falta disponer de fuentes de calor de alto potencial.
Por consiguiente, las técnicas empleadas para realizar la com
bustión son completamente diferentes, recurriendo a quemado
res de concepción especial en el interior de los cuales la combus
tión se completa al menos el 90 %: el calentamiento se obtiene
bien por su acción de la radiación a alta temperatura de una pieza
refractaria calentada por combustión rápida de la mezcla gaseo
sa, bien por convección de los productos de combustión lleva
dos a muy alta temperatura.
En los hornos equipados con quemadores clásicos, la cantidad
dc calor liberado en un tiempo determinado, referido al volumen
de la cámara de combustión, se sitúa entre 400000 kcal/h/m3 y
256
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
5 000 000 kcal/h/m3. Por otra parte, la velocidad de circulación
de los productos de combustión no sobrepasa apenas los 30 m/s.
Con la nueva técnica se alcanzan valores de 80 000 000 kcal/h/m3
a 500 000 000 kcal/h/m3, con velocidades de circulación de los
productos de combustión de 120 m/s a 300 m/s.
Es fácil comprender que, en estas condiciones, la concepción
de un horno cambia totalmente, ya que el proceso de los inter
cambios térmicos se modifica profundamente y es posible obte
ner velocidades de calentamiento mucho mayores.
No es cuestión de entrar aquí en detalles sobre los dispositi
vos puestos a disposición en la práctica para conseguir esos ob
jetivos. Varios constructores pueden ofrecer el aparellaje nece
sario. Este debe comprender, esencialmente:
• Un dispositivo de preparación de la mezcla gaseosa que permi
ta alimentar los quemadores con las cantidades de aire y gas
que correspondan exactamente a la mezcla teórica, con la
posibilidad de variar dichas proporciones para obtener una
combustión oxidante, neutra o ligeramente reductora, según
los casos.
• Quemadores de construcción apropiada para que permitan al
canzar las temperaturas elevadas requeridas. Estos quemado
res de formas muy variadas, comprenden todos un elemento
en material refractario de muy alta resistencia térmica.
• Dispositivos anti-retorno de llama, con objeto de evitar toda
inflamación intempestiva de la mezcla, en proporción explo
siva, distribuida a los quemadores.
257
• Realización del corte por proyección dé un chorro de exigeno puro, incorporado en el eje de la llama.
Oxicorte
El oxicorte consiste en seccionar los metales por la aplicación
de una combustión localizada y continua, obtenida por la acción
de un chorro de oxígeno puro, actuando sobre un punto previa
mente llevado a una temperatura conveniente.
Partiendo de ese principio, el oxicorte es una operación que
se efectúa en dos tiempos distintos:
• Cebado del corte a 1350 °C, aproximadamente, para el acero
dulce, por combustión de una mezcla gas-oxígeno.
'
La operación se desarrolla de la siguiente forma:
La llama de la combustión eleva localmente, en un primer
tiempo, el metal a la temperatura conveniente (cebado).
En un segundo tiempo, la inyección de oxígeno sobre el pun
to calentado inicia la reacción de oxidación, que desprende asi
mismo una cantidad importante de calor. El metal se transforma
en óxido, que al fundirse se desprende. El óxido formado puede
ser sólido, líquido o gaseoso. Lo más favorable es el óxido líquido
que, al eliminarse fácilmente, permite asegurar la propagación
de la reacción.
Debemos señalar que la temperatura de fusión del óxido debe
ser inferior a la temperatura de fusión del metal, de tal forma
que -la eliminación del óxido facilite la continuidad de la opera
ción. En el caso de aceros especiales bastante duros o de nota
ble espesor de corte, se tiene que recurrir a ciertos artificios. Es
tos artificios pueden ser: el calentamiento del oxígeno de corte,
el empleo de un maUrial de aporte actuando de fundente, el
empleo de polvos fundentes incorporados al chorro de oxígeno
de corte o inyectados en su superficie.
El gas natural se presta notablemente para esta operación,
tanto si se realiza a mano como a máquina.
Con máquinas llevando carros porta-sopletes, se obtienen cor
tes muy regulares y limpios. Dichas máquinas permiten efectuar
todas las operaciones deseadas con una gran precisión.
5.2.8.
1
Con gas natural mezclado con oxígeno cuya temperatura má
xima alcanzada es del orden de 2 750°, las condiciones de trabajo
son muy parecidas a las obtenidas con el propano y el acetileno.
Solamente el tiempo de cebado es algo superior con relación al
acetileno, pero la diferencia es mínima e incluso esta desventaja
desaparece cuando se trata de cortar grandes longitudes, ya que
la velocidad de corte depende más de la acción del oxígeno que
de la llama dc calentamiento.
.
r^j
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
258
El gas natural puede utilizarse empleando los sopletes de
propano, pero se obtienen mejores resultados con las boquillas
especiales para gas natural, puestas a punto por los diferentes
En favor del gas natural debe señalarse la perfección de corte,
igual o superior a la obtenida con el acetileno. No hay peligro
de fusión de las aristas y las películas de óxido formadas no son
adherentes. Estas dos ventajas mejoran la precisión del corte,
a la vez que se reduce al máximo el mecanizado o el empleo de
Como la combustión que forma el dardo de calentamiento se
efectúa con un gran exceso de oxígeno, se obtienen, además de
CO2 y H2O, cantidades importantes de O2 lo que motiva que la
llama sea menos carburante en las superficies de corte y haga
innecesario, en la mayoría de los casos, el recocido para su me
canización posterior.
El oxicorte está tan extendido que es difícil mencionar todas
las aplicaciones del mismo: aparte de en calderería y en chapistería, se emplea en destrucción, recuperación en fundición y en
siderurgia y para trabajos especiales (desprendimientos de tu
bos, descosido de remaches, etc.).
El cuadro adjunto da idea de las velocidades de corte y de
los consumos de oxígeno y de gas natural correspondientes a
diferentes espesores.
Boquilla
0
mm
Velocidad
Consumo
Consumo
de corte
Oxígeno
l/h
Gas
natural
m/h
l/h
5
12
20
30
50
80
100
250
no férricos
sidad de operaciones que en la metalurgia de los metales férreos,
sino que aquéllas se multiplican por la variedad de aleaciones y
metales.
A excepción de los metales preciosos o raros, esas operacio
nes, tanto si se trata de la fusión, de su elaboración o de su tra
tamiento térmico, deben realizarse a temperaturas sensiblemente
muelas.
mm
Gas natural en la metalurgia de metales
En este ramo industrial se encuentra no sólo la misma diver
constructores de sopletes y de máquinas de oxicorte.
Espesor
5.3.
259
10/10
10/10
15/10
15/10
20/10
20/10
25/10
25/10
30
1250
270
25
1480
320
21
3 980
480
18
4 290
560
16
7 550
690
15
8 180
850
13
11570
960
10
13 200
1360
inferiores a las exigidas por los metales férreos. Debido a ello,
el gas natural encuentra un vasto campo de aplicación.
La sensibilidad de estos metales a las acciones químicas de
los productos de combustión y especialmente a las impurezas
que pueden contener, exigen, a menudo, el empleo de un com
bustible puro, cuya docilidad permita un ajuste preciso de las
atmósferas de combustión. Además, en aquellos casos en que el
material a tratar deba mantenerse protegido de toda acción agre
siva de la atmósfera, el gas natural aporta una solución al calen
tamiento mediante tubos radiantes, así como a la producción de
atmósferas de protección.
El gas natural se presta perfectamente al calentamiento de
hornos de fusión, tanto si se trata de hornos basculantes o de
reverbero para los metales, como de cubas de galvanización, hor
nos de fusión en crisoles para aluminio, aleaciones de cobre o
aleaciones ligeras. Los hornos de crisol especialmente construi
dos para el empleo del gas natural permiten, gracias a una dispo
sición especial de los refractarios que rodean los crisoles, obtener
rendimientos muy elevados, asegurando una mayor duración de
los crisoles debido a la supresión de los golpes de fuego.
El quemador o quemadores se disponen en los hornos de cri
sol (generalmente de forma cilindrica), de manera que su eje sea
tangente a una generatriz de la cámara de combustión; los gases
de combustión tienen que rodear el crisol para salir por el orifi
cio de evacuación situado opuestamente a los quemadores y a un
nivel superior. Dichos productos de combustión pueden emplear
se, a su salida, para precalentar el aire de combustión o los lin-
1
261
posibilidad de oxidación.
bajo nivel de las temperaturas de calentamiento, realizar esta
un combustible interesante. Resulta fácil, a pesar del relativo
En lo que se refiere a las operaciones de laminado de chapas
y extrusión de tubos y alambres, el gas natural se revela como
las características de combustión, así como de los intercambios
de calor, en la utilización industrial del gas natural.
vez más, la importancia de la elección de los quemadores y de
Los resultados de explotación han confirmado las previsiones,
tanto en lo que se refiere al balance térmico del horno, como a
la pérdida al fuego y al fenómeno de gaseado.
Hemos querido subrayar este ejemplo porque confirma, una
la llama y el baño.
la llama y de los productos de la combustión sobre el baño,
asegurando la transmisión de calor por radiación directa entre
llama. La idea directriz ha sido suprimir toda acción directa de
cracking del metano, aumentando el coeficiente de emisión de la
balsa de fusión de 18 t de aluminio, calentado por gas natural,
en el cual el quemador efectúa una combustión retardada con
Se ha llegado a la misma conclusión en el caso de hornos de
llama directa a partir de la puesta en servicio de un horno de
meno al utilizar gas natural.
ligeras en hornos de crisol, no se ha visto afectada por ese fenó
trado, sin embargo, que la fusión del aluminio y de aleaciones
La experiencia y una serie de ensayos efectuados, han demos
como por ejemplo el aluminio.
completamente los quemadoras durante las horas de paro de
tinuado de 6 h 30 min a 22 h 30 min, es interesante no apagar
La proporción de piezas rechazadas ha sido del 2,78 %.
La experiencia ha demostrado que para un trabajo diario con
noche y los días festivos.
— 2,6 m3 de gas natural de 9 000 kcal/m3 por 100 kg de me
tal, teniendo en cuenta el consumo necesario para calen
tar el horno después de los paros de trabajo durante la
en período de trabajo continuo;
— 2 m3 de gas natural dc 9 000 kcal/m3 por 100 kg de metal
sumen:
Para una producción dc 90 kg/h de metal fundido se con
la presión del aire.
dores de gas (cuyas llamas se dirigen tangencialmente a las pa
redes del hogar), alimentados por inducción de aire a presión y
gas a presión atmosférica. El baño de fusión se mantiene a
600° C por medio dc una regulación automática que actúa sobre
acumuladores eléctricos. El calentamiento se efectúa con quema
aleación de plomo y antimonio utilizada para la fabricación de
Se trata de un horno de crisol conteniendo 500 kg de una
A) Homo de crisol para fusión de plomo
Ejemplos:
azufre puede ser factor decisivo para su adopción como materia
de fabricación de atmósferas de protección, necesarias para el
recocido en caliente, donde el metal debe protegerse contra toda
libre que necesariamente les acompaña, no se difunda y, en con
tacto con el baño, sea absorbido por ciertos metales fundidos,
la pérdida de calor por inquemados de los productos de combus
tión que se evacúan del horno, y también para que el hidrógeno
que se refiere a los metales y aleaciones de cobre, la ausencia de
blemas de atmósfera de protección pueden resolverse fácil y eco
nómicamente utilizando gas natural como materia prima. En lo
Igualmente, con exigencias diferentes según los metales, los pro
Para las operaciones de tratamiento, el gas natural presenta
las mismas ventajas que en la metalurgia de los metales férreos.
crisol. Esta falta de aire debe ser mínima, con objeto de evitar
para evitar la destrucción por oxidación a alta temperatura del
sea una combustión casi neutra, con una muy ligera falta de aire
con la buena conservación del material: se procura, pues, que
proximidades del crisol.
miento local.
operación, debido a la repartición ydivisión racional de las zonas
APLICACIONES INDUSTRIALES
La combustión se regula convenientemente para que se efec
túe en las condiciones económicas más favorables, compatibles
GAS NATURAL
n
de calentamiento, que permiten evitar todo riesgo de calenta
rT^%
gotes del metal a fundir contenidos en una estufa situada en las
260
r"~^H
IWf
TI
263
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
trabajo. A este efecto se mantiene, por medio de la regulación
automática, una temperatura de 450°C en los crisoles desde las
900 termias/h, con regulación del caudal de gas según el caudal
22 h 30 min hasta las 4 de la mañana, lo que representa para
en baño líquido de sales. Siendo la sal mala conductora del calor,
los quemadores un caudal pequeño. A las 4, la regulación auto
mática dispone que se mantenga la temperatura de 600° C hasta
la transmisión no puede hacerse por radiación como en los hor
nos clásicos, y se transmite por conducción en el curso de la
que empieza el trabajo a las 6 h 30 min.
rotación del horno cuando la zona calentada en la bóveda se
coloca bajo el metal.
262
La introducción de la regulación automática en las operacio
nes de esta clase presenta un gran interés de orden económico,
permitiendo mantener el baño a la temperatura reconocida como
de aire. Para evitar la oxidación de la granalla, la fusión se hace
C) Recocido continuo de bandas de aleaciones de cobre y de
tubos, barras, cables, etc., de cobre, latón o aleaciones con
la más conveniente, produciendo una economía de combustible
y, sobre todo, lo que es más ventajoso bajo el punto de vista del
precio de coste, una disminución notable de rechazos originados
por una temperatura demasiado elevada.
B)
Fusión de aleaciones ligeras procedentes de recuperación
Se refiere a dos plantas para tratar restos de aleaciones de
aluminio de 40 000 t/año de capacidad cada una, y de otra, para
tratar aleaciones cuprosas de 12 000 t/año de capacidad.
La fundición consta de:
•
•
Tres hornos de reverbero de balsa, utilizados para tratar los
residuos (virutas de torno, material de recuperación, etc.) cuyo
rendimiento metal es superior a 88 °/o.
aluminio
El recocido de bandas de 300 a 1 250 mm de ancho y de 3 a
18 décimas de mm de espesor se realiza en un horno vertical
continuo, con una producción mínima de 2 t/h, y una gran diver
sificación de la demanda, tanto en calidades como en dimen
siones.
Las características físico-químicas de las diferentes aleaciones
tratadas imponía al horno un calentamiento preciso y rápido, y
una atmósfera no oxidante. El sistema de calentamiento escogido
fue el de convección forzada con proyección octogonal, de cho
rros de gas de atmósfera controlada sobre la banda. Dicha at
mósfera se recicla y se recalienta por circulación en conductos
provistos de tubos radiantes de calefacción.
Cuatro hornos rotativos de baño de sales, destinados a tratar
los residuos de rendimiento metal pobre, pudiendo bajar has
ta 35 %.
•
Un horno dc solera, utilizado para tratar residuos ferrosos.
•
Cinco hornos basculantes y un horno fijo, que reciben el me
tal líquido de los hornos rotativos y del horno dc solera, y lo
cuelan en lingotes.
Los hornos de reverbero, de una capacidad total de 120 t, se
calientan por seis quemadores de gas de 1 800 termias/h. La re
gulación se hace por control de temperatura de la bóveda (regu
lación de marcha entre 1 000 y 1 100° C). La temperatura del baño
se controla permanentemente y se mantiene entre 750 y 800° C.
Los hornos rotativos tienen una capacidad de 3 a 3,5 t/uno
y están equipados por quemadores sin mezcla previa dc aire, de
El horno, que tiene 24 m de alto, comprende cuatro zonas:
dos zonas de calentamiento, una zona de mantenimiento y una
zona de enfriamiento. Las dos primeras están equipadas con 8 tu
bos radiantes (4 de cada lado). La zona de mantenimiento está
equipada con 4 tubos radiantes al sentido de paso. Cada zona
es una unidad autónoma con su correspondiente equipo de ca
lentamiento, de reciclaje y de regulación. La regulación se hace
por «todo o poco», mediante la acción de una válvula neumática
sobre la entrada de aire que regula, a su vez, la entrada de gas.
Una red de seguridad montada sobre panel de control permite
prevenir:
•
La falta de aire de combustión.
•
La falta de gas.
i
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
264
•
•
n
La falta de aire comprimido.
La falta de agua de refrigeración.
El recorrido de tubos se realiza en un horno de recocer de
rodillos dc 60 m de largo, que comprende:
La reacción se efectúa a una temperatura del orden de los
920° C, y los consumos teóricos y prácticos de energía son, res
pectivamente, del orden de 760 y 1 150 kcal/kg de cal. Según el
tipo de horno y de primera materia, el consumo específico prác
tico oscila entre 900 y 1 500 kcal/kg.
9 una mesa de carga de 10,45 m,
© una cámara dc entrada de 12,6 m dc largo, donde se efectúa
la purga de los tubos,
• el horno propiamente dicho, de 6,75 m dc largo, con dos zonas
•
•
dc calentamiento bajo atmósfera,
una zona de enfriamiento de 23 m de longitud,
una mesa dc descarga de 6,45 m.
Las técnicas de fabricación están actualmente en plena evo
lución:
•
•
— horno de cuba vertical,
—
El conjunto dc la instalación está bajo atmósfera de pro
el horno la atmósfera neutra deseada, pero a poco caudal son
insuficientes para mantener la atmósfera conveniente, siendo en
tonces necesario recurrir a un generador exotérmico dc ayuda,
situado encima del horno y alimentando principalmente la zona
de enfriamiento.
El horno está dividido en 2 zonas de calentamiento de tempe
ratura creciente (600° C en la primera y 700° C en la segunda).
Cada zona está equipada de 4 quemadores (2 por lado) dis
puestos sobre la solera, por un lado, y bajo la misma, por otro.
Su potencia total es de 700 lennias/h. Dichos quemadores son
de premezcla total con encendido manual y piloto dc seguridad.
5.4.
Gas natural en la fabricación de cales y cementos
La piedra caliza, constituida esencialmente por carbonato
calcico, se descompone bajo la acción del calor en ca' y gas car
bónico.
Los antiguos hornos de cuba verticales empleando coque se
sustituyen progresivamente por otros, que utilizan combus
tibles fluidos. Estos son de dos tipos:
varía entre 0,2 y 2 m/min.
Los quemadores están regulados de forma que, a pleno cau
dal, los productos de la combustión son suficientes para crear en
Los utilizadores exigen cada día cales de mejor calidad, que
presenten buena reactividad y una baja proporción de azufre.
Según el tipo de tubos tratados, la velocidad de circulación
tección.
265
horno rotativo.
La explotación de ambos tipos puede ser competitiva. Los hor
nos de cuba son más apropiados para la cocción de calizas de
grueso calibre.
Sin embargo, y con el fin de limitar sus inversiones, ciertas
empresas están interesadas en modificar sus hornos de coque
para realizar la calcinación mediante fuel-oil o gas. Las modifi
caciones (ya en curso en varios países) no están todavía bien
definidas y parece difícil técnica y económicamente conseguir
una marcha regular. Sin embargo, se han podido establecer cier
tos principios, que deben respetarse:
•
Inyectar el gas por quemadores múltiples y en diferentes ni
veles. Esos quemadores se colocan sobre las paredes vertica
les y/o en cl interior del horno.
•
Modificar eventualmente el revestimiento refractario del hor
no para establecer cámaras de combustión laterales o para
reducir la reacción del horno a nivel de los quemadores.
® Rcciclar los productos de la combustión para aumentar el
volumen dc gas que circula por el horno, a fin de homogeneizar y disminuir la temperatura de combustión.
Se trata, en efecto, de una modificación radical del proceso
de cocción, actualmente realizado por lechos superpuestos de
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r~^|
1
1
1
I
GAS NATURAL
266
APLICACIONES INDUSTRIALES
267
carbón y piedras; así, ahora, se asegura un reparto conveniente
del calentamiento sobre toda la superficie del lecho de cocción.
los inconvenientes de la granulometría «todo uno» de 10 a
Una carga sola de piedras más o menos calibradas, ofrece, por
el contrario, una mayor resistencia desigual a la circulación ver
tical de los gases quemados, ocasionando irregularidades de coc
ción y una proporción elevada de incocidos o requemados.
300 mm.
Además, la disminución dc volumen de la carga que resulta
dc la desaparición del combustible sólido (un tercio en volumen)
facilita el descenso del producto. Con el calentamiento a gas no
se produce disminución de volumen y, en consecuencia, las po
sibilidades de atasco de la carga son mayores llegando incluso
a impedir el descenso.
A pesar del prolongado tiempo de cocción (24 h), y de la
homogeneidad de temperaturas como resultado del reciclaje de
los humos, quedan de 3 a 4 % de incocidos (% CO2 en la cal).
La reactividad ha sido juzgada como buena.
El consumo medio indicado es de 90 Nm3/h de gas natural
de 8,5 termias (P. C. I.)/Nm3 para una producción de 12 t/día ex
presado el tonelaje en cal, correspondiendo a un consumo espe
cífico de 1 530 termias P. C. I./t. Este valor, relativamente eleva
Bajo el punto de vista económico, el procedimiento de calen
tamiento por lechos superpuestos, si el horno está bien condu
do, se justifica por la marcha reducida de producción (50 %) que
correspondería, para una producción de 20 t/día, a un consumo
específico de 1 140 termias P. C. I./t, cifra muy próxima a lo nor
cido, es de rendimiento elevado, el cual resulta difícil de superar
mal en este tipo de horno.
con el gas natural, el cual en este caso no puede hacer valer sus
cualidades fundamentales, que son: regularidad, pureza y preci
sión en la regulación. Desde luego, el gas tiene la ventaja dc la
supresión dc las cenizas y dc la ausencia de azufre.
Por el contrario, la técnica de empleo del gas natural está
completamente resuelta utilizando hornos de cuba nuevos, con
cebidos y proyectados para ese combustible y en los hornos rotalivos.
La conversión a gas natural de estos últimos, que utilizaban
hasta ahora fuel-oil, presenta las mismas soluciones técnicas que
para los hornos rotativos de ectnenio, por lo que nos remitimos
a ellas.
El equipo de calentamiento está constituido por una corona
de 10 quemadores, situados a unos 3,5 m sobre el plano de des
hornado, cuyos ejes están inclinados 45° sobre la horizontal, de
sembocando de arriba a abajo en una zona de mayor diámetro:
2,6 m, en lugar de 2 m.
Se trata de quemadores sin mezcla previa de aire alimentados
con un gas mezcla de gas natural y humos reciclados, de manera
que dicha mezcla tenga un poder calorífico aproximado de 2 termias/m3. El interés del reciclado de gases es doble: cl descenso
de la temperatura máxima (del orden de 900° C) permite obtener
una buena reactividad, y el aumento de volumen de los gases fa
vorece una buena homogeneidad.
La conducción del horno es manual y no hay regulación auto
mática de la temperatura. El horno hace más de 15 años que fue
I'jeniplos:
A) Horno de cal para la fabricación de carbonato sódico desti
nado a: papeleras, cultivo de champiñones e industria quí
mica y farmacéutica
convertido a gas natural y tiene reputación de trabajar a plena
satisfacción: el equipo de calentamiento, muy sencillo, es ro
busto, y no ha dado lugar a ninguna dificultad de explotación.
El comportamiento del refractario es bueno, necesitando una re
Horno de cuba vertical: Altura total, incluido skip. 21 ni; altu
ra útil, 16 m; diámetro interior medio, 2 m, pennilirudo una
producción de 20 a 25 l/día, pero que se ha limitado, después
d" la conversión a pn- natural. :• P t/día, ("n nl)¡--i • -I
t educir
construcción cada 10 años.
r~~i
"="=1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
268
B) Homo vertical dc 200 t/día de capacidad, produciendo la cal
para la agricultura y la industria química partiendo de
calizas muy duras (98 % de CO€a) de una granulometña
de 50 a 90 mm
1
269
A la salida del horno, los humos a 300° C contienen 0,5 a 1 %
de CO y alrededor de 4 % de 02. Los otros constituyentes, espe
cialmente el C02, no nos han sido facilitados. El óxido de car
bono y el oxígeno están dosados permanentemente por analiza
dores-registradores automáticos. A título indicativo, diremos que
Este horno es dc un solo compartimiento de 2,7 nr de sección
horizontal; por cl contrario, cuando la granulometría es más pe
queña, es necesario dividir el horno en varios compartimientos
para asegurar un buen descenso dc la carga, evitando al mismo
el consumo total de electricidad para el servicio global del horno
es de 12 kWh/t de cal. La reposición del revestimiento refractario
del horno, que en los hornos calentados con fuel-oil se efectúa
cada 5 años, se puede cifrar con el gas natural cada 8 a 10 años.
tiempo la formación de chimeneas.
El horno descrito lleva en funcionamiento con gas más de
El equipo de calentamiento comprende dos niveles de 2 que
madores cada uno, superpuestos, con refrigeración por circula
ción dc agua. Cada quemador comprende 16 cabezas alimentadas
15 años.
C) Horno a doble cuba vertical, especialmente concebido para
gas natural
con gas natural, a 2 kg/cm1.
La totalidad del aire de combustión está introducido en los
El horno se compone de dos cubas verticales comunicadas
quemadores por la aspiración del tiro del ventilador. En este
horno no hay ni reciclado dc los productos dc combustión, ni re
cuperación de CO;: los humos se toman en la cúspide del horno
y son aspirados, a través de un ciclón separador de polvo, por el
entre sí en la parte baja del fuego. El conjunto es imponente:
32 m de alto y 6,5 m de ancho. El horno comprende cinco zonas
ventilador de tiro situado en la base del horno.
La altura total es de 19 ni, sin incluir el sistema de carga.
l?.sle último, así como el deshornado, es hermético.
El consumo de gas es de 1 275 m'/h (de los cuales 500 m3 co
rresponden a la hilera superior de quemadores y 775 a la hilera
inferior), lo que corresponde a un consumo específico de I 200 ter
mias P. C. I./t, siendo el gas natural de 8 termias P. C. Í./Nm3.
Es interesante resaltar que ese horno puede variar su pro
ducción de 90 a 230 t/día, con un consumo de 600 a I 500 Nm3/h,
y con un consumo específico invariable.
El horno es de regulación automática. El conjunto automati
zado es conducido por un solo hombre.
La reactividad de la cal alcanza el índice 400 al cabo de 7
min, lo que puede considerarse un buen resultado. Los incocidos
'•oh de un 3 "i' (medidos en "<> de CO- desprendido por la cal).
La cal es descalcada a 120° C;
'•(H-cióu c-^ <l<
I I5(V <".
la lemperatiua máxima de
principales:
•
carga,
•
prccalentamiento,
•
cocción,
•
enfriamiento,
® descarga.
La marcha es alterna.
A cada carga, la tolva pesadora descarga en una dc las cubas
2 750 kg dc piedras calcáreas dc gran pureza (98 °/o de CaC03 y
2 % dc impurezas). Simultáneamente, las tolvas de descarga eva
cúan 1 500 kg de cal.
En la cuba en cocción, los quemadores (lanzas) se alimentan
con gas natural puro a 4,5 kg/cm2 relativos, mientras en la cuba
en enfriamiento se alimentan con aire para evitar que pueda en
trar en su interior el polvo.
La capacidad dc producción es de 110 a 200 l/día, tratando
las piedras de granulometría comprendidas entre 50-120 mm. El
resto es transformado en castina.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
271
Cada cuba está equipada con 18 quemadores o lanzas de gas
dispuestas uniformemente en toda la sección (ver esquema fi
gura 94) de manera que la combustión a la salida de cada lanza
se reparte en superficies idénticas, asegurando así una buena re
gularidad del calentamiento en toda la masa. Los quemadores
se instalan en la zona GiG2 del esquema adjunto. Están formados
por dos partes unidas por un codo: una parte horizontal, de
Tolva pesa
dora.
acero ordinario refractario de 0,5 a 1 m de largo, protegido con
A1-A2: Compuer
tra el desgaste por una chapa curvada de acero; otra parte ver
tas tolva
tical, de acero refractario de una longitud de 3,7 m. La com
bustión tiene lugar de arriba a abajo.
pesadora.
Compuerta
aire-humos
cuba 1.
Compuerta
aire-humos
cuba 2.
Compuerta
cierre cuba 1.
Compuerta
cierre cuba 2.
Chimenea
cuba 1.
Chimenea
cuba 2.
Aire primario
El funcionamiento del horno es el siguiente:
Se suponen las dos cubas llenas hasta el nivel N y se supone
la cuba 1 en calentamiento.
a) Se llena la tolva pesadora A con los registros Ai y A2 ce
rrados.
b) El registro B¡ se coloca en posición de cierre de la chi
menea Ei y de abertura de la entrada de aire prima
rio Pt.
cuba 1.
Aire primario
cuba 2.
Quemador dc
fías cuba 1.
Quemador de
gas cuba 2.
Descarga
cuba 1.
Descaren
cuba 2."
DI: Compuerta
descarga
c)
El registro B2 se coloca en posición de cierre de la en
trada dc aire primario P» y de abertura de la chimenea E2.
d) Los registros F¡ y F2 de las cubas 1 y 2 se cierran.
El aire primario llega por P,, desciende en la cuba 1 y permite
la combustión del gas en los quemadores G,. La llama y los gases
calientes descienden, cuecen las piedras, pasan por el conducto
H, remontan en la cuba 2 y se escapan por la chimenea E2.
cuba 1.
D2: Compuerta
descarca
cuba 2.
RI-R2: Aire dc
enfria
miento.
S:
T-C
Rampa.
Transporta
Durante ese tiempo, las deshornadoras C¡ y C2 tienen un movi
miento de vaivén que hace caer la cal en T¡ y T2 después de que
ésta se haya enfriado por el aire de enfriamiento que llega por
Ri y R2.
Al final de la cocción:
dor dc cinta.
II:
J:
Conducto.
Piloto.
TI-T2: Tolva de
descarpa.
PI-P2: Palpador
de control
a) Se corta el gas a los quemadores G, y se alimentan con
aire.
b) Los registros B¡ y B2 basculan, cerrando el primero P, y
abriendo E>. mientras el secundo cierra F-. v nhrr P,
1
272
1
"
r
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
c)
Los registros F¡ y F2 se abren y, al mismo tiempo, se cie
d)
rra la entrada de aire en R¡ y R2.
Se inmovilizan Ci y C2 y se abren los registros D¡ y D2,
que se cierran inmediatamente después de evacuar la cal
Para 180 t/día, el número de inversiones sería de 123 por
24 horas.
El tiempo de paso de las piedras por las diferentes zonas del
horno está, aproximadamente, en la relación siguiente:
sobre un transportador TC.
e)
Mientras los registros F¡ y F2 están completamente abier
tos, se abre cl registro A, de la tolva pesadora A¡, llenando
así la cuba 1.
f)
Una vez vacía la tolva 4 se cierra el registro A¡ y los
registros F¡ y F2. Las deshornadoras C¡ y C2 reemprenden
273
•
40 °/o en la zona de precalentamiento,
•
40 °/o en la zona de cocción,
•
20 %
en la zona dc enfriamiento.
El consumo de este horno es de 150 m3 de gas natural por
1 500 kg de cal.
su movimiento de vaivén.
El aire de enfriamiento vuelve a circular por R¡ y R2. El aire
primario llega ahora por P2 a la cuba 2, donde desciende asegu
rando la combustión de gas admitido por G2. La llama y los pro
ductos de combustión calientes descienden en la cuba 2, cuecen
las piedras y, pasando por el conducto H, remontan la cuba 1 y
se escapan por la chimenea E¡. La tolva pesadora se llena nueva
mente. AI final del período de combustión se llenará esta vez
Una central suministra el aire necesario, cuyas cantidades son
importantes (para el enfriamiento, por ejemplo, hacen falta
6 000 m3/h en promedio de aire a 5o para que los productos des
cargados del horno salgan a 50-60°).
La calidad de los productos que salen del horno tiene las
características siguientes:
la cuba 2.
Durante todas estas operaciones, unos palpadores P¡ y P2 con
trolan permanentemente el nivel de las piedras de las cubas. Las
indicaciones se transmiten al armario de mando, el cual, com
parándolas con las correspondientes a un nivel teórico ideal, man
da el ritmo dc la descarga.
El tiempo de inversión del ciclo es siempre de 60 s, durante
los cuales todas las maniobras de carga, descarga y modificación
de las circulaciones de aire y de gas tienen lugar automática
•
CaO
•
CO.Ca
•
Si. Fe. Alúmina
•
H20
•
Varios
95,96 %
1,5 °/o
2,0 %
0,3 °/o
0,24 %
La cal fabricada tiene alta reactividad, es decir, que su reac
ción al agua o al ácido clorhídrico es muy rápida.
Esta cualidad se obtiene gracias a la técnica del horno: la
dcscarbonatación se produce a partir de 860°, y la cocción se ob
tiene entre 1 000 y 1 050° C. En los otros sistemas, la cocción se
mente.
El tiempo de calentamiento varía según la regulación del hor
no, de acuerdo con la producción deseada. Así, para una produc
realiza a temperaturas mucho más elevadas, del orden de 1 200°;
este exceso de temperatura disminuye la reactividad.
ción de 110 t/día:
5.4.1.
•
Calentamiento
•
Inversión
©
Calentamiento
Cemento
I 123" (cuba I)
60"
1 123" (cuba 2)
es decir, 73 inversiones por 24 horas.
Para la fabricación dc cemento se utilizan en la actualidad
únicamente los hornos rotativos. Estos hornos se calientan me
diante quemadores colocados en la cabeza del horno del lado
donde se efectúa la salida del clínker: los productos dc la com-
1
— .9
GAS NATURAL
274
bustión circulan a lo largo del horno en sentido inverso a la
circulación de los productos.
Los quemadores pueden ser dc carbón pulverizado, de fueloil y gas natural o dc mezcla, cu proporciones variables, dc estos
combustibles.
En los países donde se dispone de gas natural en grandes
cantidades y la red de distribución está próxima a las cemén
telas, se emplea el gas nal mal solo o en combustión mixta con
el fuel-oil y el carbón.
En Estados Unidos, el 47 % del cemento fabricado es produ
cido en hornos de gas. En Italia, el 70 % de las fábricas situadas
próximas a las redes de distribución de gas natural, utilizan ese
combustible. En la URSS, República Democrática Alemana y
otros países de Europa Oriental, lodos los hornos que pueden
disponer dc gas lo utilizan, sea para procedimiento húmedo,
semiseco o seco. Lo misino puede decirse de Holanda, Bélgica,
LC/)
.2 C
Francia, etc.
Siendo las condiciones de fabricación y los tipos de hornos
muy variados, los equipos de calentamiento han sido adaptados
generalmente por los mismos ceméntelos. Es pues imposible des
cribir un quemador tipo. La tendencia actual consiste en cons
truir quemadores sin aire primario. No obstante, los quemado
res de doble inyección (con aire primario y secundario) dan en
ú
18
o
C¡ {i
•j
En la figura 95 representamos un quemador mixto gas-fuel-oil
para horno rotativo, que puede funcionar:
a)
sólo con gas natural.
h)
con gas v fuel-oil conjuntamente.
3
O
ÍBl ,-•-,
>
El conjunto está compuesto dc una ternera y el quemador
o
propiamente dicho. La lobera consta de dos partes: la anterior,
que penetra en el horno, y la posterior, donde va lijado el que
mador que se introduce en la lobera.
"U
i '?
I
El quemador es del tipo laminar cónico, donde el cono dc la
boquilla puede desplazarse sobre su asiento, más o menos, me
diante un volante accionado desde el exterior, regulando la for
O
r.
O
ra
L
™i
-} m a
O 1 1
\
>
ma v caudal de la llama.
cj
•a o
determinados casos resultados aceptables.
L Ll
mí
"1
El gas se introduce en el circuito interior mediante un tubo
\?.yo--v-':0 o
Llegadas de fuel-oil
Circuito interior
Legadas dc gas
277
ciones:
• La combustión de gas, sin aire primario frío, contribuye a me
rior y exterior, sin admisión de aire primario. Cuando el caudal
fica total, a determinar en cada instalación, se cierra el gas de
circulación por el circuito exterior y se abre la entrada de aire
primario para el inicio dc combustión del fuel-oil.
9 la regulación fie la penetración y orientación de dicha tobera.
9 la extracción rápida dc la lobera y quemadores del horno
El chasis permite:
que permite la orientación del con junio dentro del horno.
El conjunto de lobera y quemadores puede desplazarse apo
yado en un bastidor o chasis, rodando por cl suelo (fig. 96) o sus
pendido de un pórtico. El chasis lleva cl ventilador dc aire pri
mario y soporta la tobera por mediación de una unión dc cardán
dc fuel-oil sobrepasa un porcentaje elevado dc la potencia calorí
ducción por campaña debería, pues, mejorar.
ducción y observación, principalmente, del interior del horno,
los incidentes y paros de la producción se reducen. La pro
puede mantenerse con cl gas. A causa de la facilidad de con
• La capacidad de producción de los hornos en marcha normal,
zación.
de vista de la transmisión de calor en la zona de clinkeri-
• La naturaleza del gas presenta inconvenientes bajo el punto
jorar el rendimiento de combustión.
riados a causa de la variedad de primeras materias, de hornos
y de combustibles. Para resumir, los datos recogidos en hornos
utilizando gas natural, permiten establecer las siguientes condi
quemador de pulverización colocado en cl eje del aparato, conti
nuando la circulación y combustión del gas por los circuitos inte
Más adelante, citamos algunos ejemplos.
Naturalmente, existen otros tipos de quemadores para hor
nos rotativos basados, más o menos, en los mismos principios.
apoyado sobre chasis, rodando por el suelo. (Cortesía de Cénit, S. A.)
Fig. 96. — Esquema de quemador de gas para horno rotativo de cemento
Tobera quiwiador
r===l
APLICACIONES INDUSTRIALES
r=I
Los resultados de la utilización de gas natural son muy va
rT=si
Para el funcionamiento mixto, el fuel-oil se introduce en el
aire primario.
to de la combustión. En este caso, está cerrada la entrada de
contribuyendo al enfriamiento del conjunto y como complemen
mismo tiempo se introduce otra parte por el circuito exterior,
en su mayor parte en cl quemador por cl circuito interior y al
Para el funcionamiento únicamente con gas, ésle se introduce
diación por un revestimiento refractario.
penetra en cl horno está protegida exteriormenle contra la ra
miento de rotación. Dichos alabes son regulables desde el exte
rior mediante una manivela. La parte anterior de la tobera que
cado junto a la boca del quemador, imprime al Huido gas o aire
que circula por el circuito exterior de enfriamiento, un movi
en caso de marcha mixta. Un anillo con alabes inclinados, colo
una entrada de aire primario para la combustión del fuel-oil,
partes: la anterior, que penetra en el horno y la posterior, donde
va fijado el quemador. Esta última dispone de una nueva entrada
de gas en el circuito exterior entre la tobera y el quemador, y
La lobera, donde se introduce el quemador, consta de dos
flexible.
276
GAS NATURAL
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r^j
GAS NATURAL
278
9 No se observan variaciones en el comportamiento de los re
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
•
r^*l
279
sible. Se presenta incluso como un inconveniente, obligando
inyección de gas natural a gran velocidad por una tobera pro
vista de un gran número de orificios, generalmente dispues
tos en arcos de círculo excéntricos hacia abajo respecto al
eje del horno; las presiones de inyección varían de 3 a 9
a añadir más yeso al clínker.
kg/cm2, según las instalaciones;
fractarios.
• El interés de la débil proporción de azufre del gas no es sen
• En lo que se refiere a la captación de polvo, se considera el
aumento de volumen de los humos como un inconveniente y,
por el contrario, la proporción más elevada en vapor dc agua
como un factor favorable.
Teniendo en cuenta que la participación del combustible en
el precio de coste del cemento es del orden de la tercera parte,
la utilización óptima de las calorías es imperativa. El precio del
combustible es un factor determinante. El consumo específico
de calor, según el procedimiento de fabricación (vía seca o hú
meda), y los tipos y tamaño de los hornos es del orden de 800 a
1 500 kcal/kg.
Teóricamente, teniendo en cuenta que el volumen de humos
en la combustión estequiométrica del gas natural es de 3 a 5 °/o
superior al del fue-oil, y de 10 % respecto al carbón, las pérdidas
por los humos serían, a igualdad de las demás circunstancias, un
poco más elevadas, lo que conduciría a un consumo específico
ligeramente superior. Pero puesto que cl gas natural permite una
combustión completa con un exceso de aire inferior a los demás
combustibles sólidos y líquidos, se compensa largamente esa
desventaja teórica. La experiencia industrial ha revelado que era
posible mantener el mismo consumo térmico específico que con
otros combustibles, e incluso reducirse sensiblemente.
Todas las conversiones efectuadas, a partir de conceptos a
veces bastante diferentes, han demostrado la importancia de la
manera dc inyectar cl gas en la cabeza del horno: ésta debe per
mitir una mezcla perfectamente homogénea del aire y cl gas, a
fin de efectuar una combustión completa sin inquemados, al mis
mo tiempo que la obtención de una llama de longitud convenien
•
inyección, en el eje del horno, de un chorro de gas muy divi
dido o en llama delgada de forma cónica, dando lugar a una
llama axial con buena luminosidad. Las presiones de inyec
ción son del orden de 1 kg/cm2.
La concordancia de resultados que se obtienen con estas dos
técnicas, la primera basada en una llama de fuerte impulsión,
pero poco brillante, y la segunda en una llama luminosa, muestra
que la radiación de la llama no tiene, en los hornos de cemento,
la importancia que normalmente se le atribuye.
La complejidad de los intercambios térmicos que reúnen en
este tipo de horno todos los medios de transmisión de calor:
conductibilidad, convección y radiación, llevan a pensar que, en
efecto, la parte de radiación directa de la llama está lejos de ser
preponderante, siendo, por el contrario, muy importante la radia
ción de las paredes sobre la carga. Por otro lado, la presencia
en los hornos dc polvo en suspensión, añade al poder emisivo
de la llama cl de partículas en suspensión. En ningún caso ha
sido posible atribuir a la mayor o menor luminosidad de la
llama una influencia sobre el consumo específico.
Conviene destacar que el gas natural puede utilizarse fácil
mente en marcha mixta con otros combustibles, especialmente
con el carbón pulverizado, lo que permite una gran elasticidad
de marcha. También puede utilizarse con doble equipo para gas
y fuel-oil, pudiendo retirarse del horno uno u otro equipo cuando
no es necesario. Esta solución permite establecer contratos de
suministro interrumpibles, en las mejores condiciones.
te, cuya zona más caliente se sitúa correctamente con relación
Debe destacarse también, y ello es una ventaja no desprecia
ble, que con la marcha al gas natural puro se mejora el rendi
a la zona de clinkerización.
miento de las instalaciones de separación de polvo.
Las soluciones utilizadas se inspiran en dos principios técni
cos que proporcionan resultados satisfactorios:
GAS NATURAL
280
APLICACIONES INDUSTRIALES
281
Ejemplos:
una zona del horno relativamente estrecha. Es necesario que en
A)
ese punto exacto el calor desprendido por la llama sea máximo,
y que la temperatura del clínker sea del orden de 1400 a 1500° C.
Quemador de llama rotativa en horno de cemento
Un original y sencillo quemador de gas fue adoptado con
excelentes resultados en un horno rotativo de cemento de 1 500
Por otra parte, la composición de la pasta, tanto física como
t/día de capacidad de producción. El quemador utiliza única
mente gas natural para la cocción. Se suprimió totalmente el
químicamente, no es nunca la misma. Desde luego, en la explo
aire primario; sólo el aire secundario procedente del enfriador
basta a la combustión total del gas.
a los datos teóricos y que sean a la vez homogéneas y constan
La tobera utilizada es muy sencilla (ver esquema de la lígu
la 97). Está compuesta de un tubo de diámetro interior dc 150 mm
y de un cono divergente, pudiendo desplazarse longitudinalmente
en su interior hasta el extremo del tubo por medio dc un siste
ma dc tornillo con manivela accionada desde cl exterior. Solda
das sobre el exterior del cono están colocadas cuatro aletas, cuyo
diámetro exterior de 149 mm permite desplazarlas en el interior
del tubo de 150 mm. Dichas aletas provocan al gas que circula
por el interior del tubo un movimiento de rotación saliendo por
el estrecho espacio anular comprendido entre el cono y el ex
tremo del tubo formando una llama laminar delgada y luminosa
a partir de 0,5 m alrededor del cono. El conjunto está refrige
tación se pretenden obtener pastas que se ajusten lo más posible
tes. A pesar dc ello, subsisten siempre pequeñas variaciones de
aptitud a la cocción que obligan a variar el caudal de gas para
obtener un resultado satisfactorio. Con cl fin de que no cambie
la posición dc la zona dc cocción, hace falta, necesariamente, en
ese momento, ajustar la posición del cono para que la presión
quede constante.
Después dc numerosas modificaciones dc la tobera, se ha lle
gado a un conjunto de calentamiento que permite cocer el
material en condiciones por lo menos iguales a las obtenidas
anteriormenle con el fuel-oil. La ventaja principal de ese que
mador es la gran simplificación del aparato y su bajo precio de
coste. Un dispositivo de suspensión por carriles permite retirar
rápida y automáticamente la tobera del horno.
rado por una camisa con circulación dc agua.
El rendimiento de la instalación puede considerarse satisfac
Alabas illroi lilccs
,1.-1 „.'-.
toriamente. En promedio, con una producción de 1 400 t/día, el
consumo específico oscila entre 830 y 850 termias por tonelada
de clínker. Este consumo pudo descenderse a 815 termias/t du
rante varios días. Se espera conseguir 800 termias cuando todo
esté a punto.
B)
llegada <lr gos
Fig. 97.— Esquema de quemador dc gas para horno rotativo de cemento.
Quemador de dos etapas para horno rotativo de cemento
Este quemador pretende, y consigue, la formación de una
llama lo más luminosa posible. El quemador está constituido
esencialmente de dos partes:
Cuando se varía el caudal de gas sin cambiar la posición del
•
Una cámara en la cual cl 25 % del gas del quemador se mez
cla con aire frío o ligeramente caliente para obtener una
llama primaria estabilizada por un disco.
•
Un tubo desembocando en el centro de esc disco, que permite
cono respecto al tubo, la presión varía. Por ello, la forma de
la llama varía y cambia la posición de la zona de cocción. Ello
es muy importante en los hornos de cemento, donde hace falta
que la clinkerización o vitrificación de la materia se realice en
introducir cl 75 °b restante del cas en una zona de remolinos
282
GAS NATURAL
donde se craquiza parcialmente para quemar después en el
horno con el aire caliente procedente del recuperador, for
APLICACIONES INDUSTRIALES
283
la temperatura alcanza 1450° C aproximadamente, lo que se pro
mando una llama estable y luminosa.
duce en la zona baja del horno.
Sin entrar en detalle de las características dc un horno rota
dor situado bajo el horno (longitud 15 m, diámetro 3 m) donde
cede la mayor parte del calor que contiene al aire soplado. Este
tivo de cemento, recordemos que se trata de un cilindro de cha
pa gruesa de un diámetro de 2,3 a 4 m, de una longitud variable
entre 50 y 170 m, que gira alrededor de su eje a una velocidad
de 0,5 a 2 vueltas/min, aproximadamente.
El clínker obtenido se evacúa a un refrigerador o recupera
aire caliente se emplea como comburente en el horno rotativo
y en el secador de crudo, y como fluido caliente en el secador de
carbón.
El quemador se introduce por la extremidad inferior del hor
no y se dispone de forma que la parte de la llama a alta tempe
ratura esté situada en la zona donde se desea efectuar la cocción,
El horno rotativo está calentado simultáneamente con gas
natural y carbón pulverizado (1/3 gas, 2/3 carbón), pero puede
que necesita 1 400 a 1 450° C. El objetivo radica en obtener una
funcionar con sólo uno de ambos combustibles.
llama en esta parte del horno, con un rendimiento máximo.
El consumo específico es de 900 kcal/kg, aproximadamente.
La llegada al horno del gas y del carbón pulverizado arrastrado
por aire, puede hacerse por la misma tobera, o por dos toberas
El horno que se equipó con este quemador es un horno rota
tivo funcionando en vía húmeda, produciendo 320 l/día dc
clínker.
diferentes colocadas una encima de la otra. El aire de combus
2 400 m'/h de gas natural; cl aire secundario se introduce alre
tión está suministrado por el enfriador de clínker. El gas se
regula en la cámara de recepción a 7 kg/cm2 relativos, y se ad
mite en el horno a esa presión. El carbón, después de secado y
próxima a 600° C; la combustión se efectúa con un exceso dc
aire necesario para la combustión).
La potencia calorífica instalada es de 20 000 termias/h, o sea
dedor del quemador a la velocidad de 4 m/s y a una temperatura
aire del orden dc 15 °o. El consumo específico de calor es prác
ticamente cl mismo obtenido con cl anterior quemador de
fuel-oil.
C) Empleo de gas natural en un horno de cemento, utilizando
carbón pulverizado
La cocción del cemento se efectúa por vía seca en un horno
rotativo, produciendo 1400 l/día de clínker.
El horno tiene 65 m dc largo y está ligeramente inclinado
sobre la horizontal. Su diámetro exterior es de 4,4 men su parte
pulverizado, se transporta al horno por medio de aire (10 % del
La marcha mixta gas-carbón ha permitido obtener resultados
particularmente interesantes. La influencia del gas en estos re
sultados no es despreciable. Gracias a la facilidad de regulación,
la llama, de longitud y luminosidad deseadas, se consigue fácil
mente. Esta cualidad permite, si es necesario, desplazar o mo
dificar rápida y fácilmente la zona de combustión.
La marcha a gas es excepcional. Durante los períodos en que
ha sido empleada se ha podido comprobar una precisión y ra
pidez de regulación, una conducción fácil y un rendimiento al
menos tan bueno como en la marcha mixta.
superior (carga) y de 4 m en su parte inferior (lado quemador).
Está revestido de ladrillos refractarios aislantes, salvo en la par
le inferior (zona de cocción), donde está revestido de refracta-
5.5.
y el movimiento de rotación. La clinkerización finaliza cuando
La industria del vidrio utiliza cantidades importantes de ga
ses ricos, propano o gas manufacturado, para la mayoría de
nos dc magnesio. La cocción se hace en contra-corriente, y el des
plazamiento de la carga por acción combinada de la pendiente
Gas natural en la industria del vidrio
operaciones anexas a la fusión (fceders, máquinas automáticas,
1
284
™1
"1
GAS NATURAL
hornos de recocer y decorar, etc.). La disponibilidad de gas na
tural permite no sólo utilizarlo en esas operaciones, sino realizar
en condiciones competitivas el calentamiento de los hornos de
APLICACIONES INDUSTRIALES
Los hornos de balsa pueden ser de dos tipos:
•
crisoles y de balsa.
5.5.1.
orificios de llegada citados. El recorrido de la llama es pues
Los hornos de balsa están constituidos esencialmente por una
lar, cubierta de una bóveda aplanada. Sus dimensiones varían
enormemente: se valoran generalmente por la superficie del
baño de fusión, que es de 10 a 100 m2 para el vidrio hueco y que
puede alcanzar hasta 500 m2 para el vidrio plano. La capacidad
dc producción que se expresa en t por m2, es del orden de 1
para cl vidrio plano y dc 2 a 2,5 para el vidrio hueco.
Las primeras materias se introducen por uno de sus extremos,
estando el otro unido a unos canales, llamados «feeders», donde
el vidrio se derrama por gravedad hacia las máquinas de fabri
cación. Para el vidrio plano, el extremo de extracción está pro
visto de un sifón de donde unos rodillos lo extraen y estiran en
forma de lámina plana, también puede obtenerse por flotación.
El horno dc balsa está generalmente provisto de recuperado
res o regeneradores, donde se calienta el aire de combustión por
recuperación de una parte del calor dc los humos.
El equipo de calentamiento consta de unos inyectores de com
bustible, los cuales desembocan en el horno en la proximidad de
Hornos de calentamiento en bucle o herradura, en los cuales
los orificios de llegada de aire y de combustible están colo
cados en uno de los lados menores del rectángulo. La llama
se desarrolla en forma de bucle para volver sobre ella misma
y evacuarse por canales situados en el mismo lado que los
Hornos de balsa
cuba en material refractario, de forma generalmente rectangu
285
sensiblemente igual al doble de la longitud de la balsa.
•
Hornos de calentamiento transversal, en los cuales los orifi
cios de llegada están colocados a lo largo de uno de los lados
mayores del rectángulo, y los orificios de evacuación están
colocados en el lado mayor opuesto, por lo que la llama, en
este caso, sólo dispone para su desarrollo de la anchura de
la balsa.
La característica de la transmisión de calor en este tipo de
horno es la preponderancia (como en todos los hornos de
reverbero) de la radiación sobre la convección, por las ra
zones siguientes:
• El vidrio es mal conductor del calor, por el contraio, es trans
parente; por ello, sólo la radiación puede alcanzar las. capas
profundas de la masa y, por consiguiente, calentar el baño en
todo su espesor y no solamente su superficie.
• Las corrientes de convección son perjudiciales a la calidad
del vidrio, ya que entrañan el riesgo de arrastrar hacia la sa
lida, antes de su fusión completa, partículas de materias pri
los canales de refractario de llegada del aire de combustión pro
mas, que producirían en las piezas fabricadas un defecto o
tara que se denomina «grano».
cedente dc los dispositivos dc recuperación. La llama se desarro
La llama debe ser:
lla entre la bóveda y la superficie del baño, y los productos de
combustión se evacúan por orificios apropiados.
En los hornos de regeneradores, los mismos orificios sirven
alternativamente para la introducción del aire caliente y para la
salida de los humos, de acuerdo con los ciclos dc inversión del
horno. En los hornos con recuperadores, los orificios de admisión
dc aire y los de evacuación de humos son distintos, puesto que
la recuperación del calor se efectúa dc manera continua a tra
vés dc paredes dc refractario que separan ambos Huidos.
• Caliente: para que su elevada temperatura pueda producir
el máximo de partículas radiantes, y favorecer la evolución
del proceso dc disociación dc los hidrocarburos y demás fe
nómenos exotérmicos.
• Voluminosa: con objeto de llenar el horno y calentar unifor
memente todas sus partes.
• Suave: para poder adaptarse fácilmente a la forma del horno
sin causar la destrucción de determinadas partes del refrac
tario por la acción del dardo dc la llama.
TI
1
GAS NATURAL
286
APLICACIONES INDUSTRIALES
• Luminosa: para permitir su penetración por radiación en el
te en el horno. Una llama de ese tipo (sin mezcla previa), lla
mada de difusión, tiene un alto poder emisivo.
baño.
• Fácil de regular: para poder producir una atmósfera oxidante
o reductora y prevenir la formación de defectos en el vidrio o
•
un ataque grave del refractario.
Al ser metano el principal constituyente del gas natural, las
aumenta con el precalentamiento del aire. Los volúmenes de
aire y gas medidos a 15 °C están en relación 10 a 1; las tempera
turas, densidades y velocidades de ambos fluidos son sensible
mente diferentes en el quemador, por lo que resulta difícil con
seguir una mezcla íntima y rápida. Si no se consigue evitarlo, se
corre el riesgo, teniendo en cuenta la débil velocidad de propa
gación de la llama del metano, que ésta se prolongue más allá de
los límites autorizados por la construcción del horno y penetre
en el recuperador o regenerador.
El metano, como todos los demás hidrocarburos de cadena
corta, da una llama no luminosa. Puede, sin embargo, conseguir
se una llama luminosa si se le disocia (cracking) antes de la com
bustión o al inicio dc ésla. La disociación produce la formación
de partículas de carbono libre que dan a la llama un gran poder
dc radiación. La disociación es fácil dc conseguir en los hornos
con regenerador, gracias al rccalentamiento del aire a una tem
peratura próxima a los 1000°C. No sucede lo mismo en los
hornos con recuperador, donde la temperatura del aire apenas
sobrepasa los 650 °C.
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, es nece
sario que la llama de gas presente las siguientes características:
•
La mezcla del aire y del gas debe realizarse desde el momento
dc su introducción en el horno. De lo contrario, la llama es
demasiado larga y la combustión no termina hasta la entrada
dc los regeneradores.
•
Un recalentamiento progresivo y relativamente lento del aire
y del gas debe permitir a la llama desarrollarse completamen
La posición, forma y velocidad del chorro de gas deben ser
tales que favorezcan la formación de partículas de carbono
por disociación térmica, ayudados por la inyección de cierta
cantidad de gas al abrigo del aire en una zona de alta tempe
ratura.
características de combustión de dicho gas son las que condicio
nan su utilización. Su velocidad de combustión es baja, alcanzan
do su valor máximo en el caso de mezcla aire-gas teórica, que
287
Se han adoptado diversas soluciones, en los hornos de balsa,
para la introducción dc aire y de gas, con objeto de satisfacer
esas condiciones.
Las disposiciones más corrientes, tanto en los hornos de bu
cle como en los de calentamiento transversal, son las siguientes:
•
Los orificios de inyección del gas se colocan en la parte late*
ral del conducto de llegada de aire, formando entre ellos un
ángulo de convergencia de unos 98° (esquema fig. 98 solu
ción A).
•
Los orificios de inyección se colocan, bajo el conducto de lie.
gada de aire, entre éste y el nivel del vidrio (esquema fig. 98
solución B).
Estas disposiciones son recomendables para cl gas na
tural, con la única condición de que la geometría dc los quema
dores permita una difusión del gas en la corriente del aire, de
tal forma que la mezcla se produzca lo más cerca posible de la
entrada de la balsa.
Los inyectores dc gas natural presentan las características
siguientes:
• En cl caso de que estén colocados a uno y otro lado del con
ducto de llegada del aire, se utilizan inyectores cilindricos,
cuya convergencia produce, a partir del punto donde se cru
zan los chorros, una llama única, ampliamente expansiva, que
llena completamente la totalidad del volumen del conducto
dc aire. Esta llama es bastante luminosa, ya que encontrán
dose encerrada en ella una porción de gas sin quemar, se ca
lienta y disocia antes de su difusión en el aire.
I
J
—1
J
—1
APLICACIONES INDUSTRIALES
289
GAS NATURAL
288
un exceso de aire inferior al que es necesario para el fuel-oil. Con
excesos de aire respectivamente del 5 °/o y del 15 °/o, las tempe
\
raturas teóricas de combustión son sensiblemente las mismas
para el gas natural que para el fuel-oil.
Por otra parte, es relativamente fácil obtener llamas de difu
sión de gas natural cuyo factor de misión sea de 0,5. Este valor,
aunque inferior al factor de misión de la llama del fuel-oil, está
próximo al óptimo de radiación, que se sitúa alrededor de 0,45.
Cuando los dispositivos de inyección dc gas natural se han
escogido correctamente y se han adaptado a las características
tecnológicas de los hornos, es posible obtener llamas de gas na
tural de resultados próximos a los que se obtienen con el fuel-oil.
Los consumos específicos de gas están comprendidos entre
1 500 y 2 500 kcal/kg.
^^H
5.5.2.
s
Hornos de crisoles
Los crisoles, abiertos o cerrados, en los que se efectúa la fu
sión del vidrio se colocan sobre la solera del horno, cubierto por
una bóveda y normalmente provisto de regeneradores o recupe
\
s
radores.
p¿m • ;
Contrariamente a los hornos de balsa, los hornos de crisol
tienen un régimen de producción discontinuo, que comprende las
fases siguientes:
Solución A
Solución B
•
Carga de los crisoles.
•
Fusión.
•
Extracción del vidrio para fabricación.
Fig. 98
•
En los demás casos, el inyector de gas produce un chorro de
forma cónica, cuya geometría se determina de manera que la
mezcla dc aire y gas esté prácticamente terminada cuando el
conducto de aire desemboca en el horno.
Dc acuerdo con los cálculos teóricos, en las mismas condicio
nes de funcionamiento, temperatura y relación aire-combustible,
el fuel-oil tendría un rendimiento térmico superior al del gas, ya
que su temperatura teórica de combustión es más elevada y el
poder emisivo de la llama es mayor. En la práctica, puede ocurrir
de otra manera: el metano puede quemarse completamente con
Los inyectores de combustible colocados próximos a las lle
gadas del aire producen una llama que se desarrolla entre la
bóveda y los crisoles. La posición dc esos inyectores varía según
la forma, las dimensiones y la tecnología de los hornos, los cua
les presentan gran variedad: pueden colocarse en el centro de la
solera, en la bóveda o sobre los lados. Lo esencial es que la dis
posición escogida asegure una mezcla completa y suficientemente
rápida del aire y del gas, y produzca una llama suave y envol-
T)
T)
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
vente. Por el contrario, no es necesario que la llama sea luminosa.
El calentamiento se efectúa principalmente por convección en
tre la pared de los crisoles y la llama: ésta debe circular alrede
dor de los crisoles antes dc salir por los conductos de evacua
ción dispuestos generalmente al nivel de la solera. Se produce,
además, una radiación de la bóveda del horno a la parte supe
fabricar, comprendida entre 1 150 °C y 1 250 °C. La temperatura
determina la viscosidad del vidrio y debe regularse con preci
sión, de forma que el peso de la gota que sale del orificio de co
lada sea rigurosamente constante. Para obtener este resultado
deben repartirse a lo largo de cada canal de distribución una
serie de pequeños quemadores individuales. Los quemadores
deben alimentarse con la mezcla previa aire-gas, preparada en di
290
rior de los crisoles.
La elección dc los quemadores es importante a fin dc obte
ner una llama suave, envolvente y cuya longitud pueda ajustarse
perfectamente a las dimensiones de la cámara de combustión,
que acostumbra a ser reducida. Con inyectores de llama cónica
se efectúa una mezcla suficientemente rápida del gas con el aire
frío o caliente, según que el horno esté provisto o no de recupe
radores; por otra parte, se puede ajustar con precisión la longi
tud de la llama, puesto que ese tipo de inyector permite, a caudal
constante, variar la velocidad dc salida.
El gas permite una regulación con un mínimo exceso de aire;
desde luego, los crisoles están menos expuestos a los golpes de
fuego y su duración de vida es mayor.
5.5.3.
Operaciones anexas a la fusión
Para estas operaciones el gas natural se encuentra en compe
tencia no sólo con el fuel-oil, sino con otros gases ricos, corrien
temente gas manufacturado o propano.
Dichas operaciones se efectúan bien en el interior de un re
cinto (calentamiento de «leeders», arcas de recocer y decorar, de
rccalentamicnlo) o bien al aire libre, por acción directa de la
llama sobre el producto (requemado, corle o formas diversas).
* Calentamiento de feeders
Los leeders o canales de distribución reciben el vidrio del
horno de fusión a I 300°C, aproximadamente, y lo dirigen hacia
las máquinas automáticas en donde se distribuyen gola a gota.
El vidrio debe mantenerse a una temperatura muy precisa,
variable según la naturaleza del vidrio y el peso de las piezas a
291
ferentes tipos de mezcladores.
La utilización del gas natural no presenta dificultad alguna en
la sustitución dc los otros gases ricos, puesto que la obra de
refractario caliente actúa como excelente dispositivo de estabi
lización de llama. Basta regular el dispositivo de mezcla de
acuerdo con las características del nuevo gas. El cambio de gas
puede hacerse sin parar la producción.
•
Calentamiento de arcas de recocer
El recocido del vidrio consiste en calentar las piezas fabrica
das hasta una temperatura próxima a 600 °C, suficiente para des
truir las tensiones internas que se hayan producido. Este reca
lentamiento está seguido de un enfriamiento controlado, lento
al principio, luego rápido. Esta operación se realiza corriente
mente en túneles de marcha continua: generalmente hay una
arca por máquina, de manera que su carga sea homogénea.
El gas se presta muy bien a la realización de tal ciclo, puesto
que es posible dividir las zonas de calentamiento para asegurar,
en cada puesto del túnel, el aporte calorífico exactamente necesa
rio. Se utilizan dos técnicas indistintamente: el calentamiento
indirecto o de atmósferas distintas, que supone la existencia de
una mufla donde las piezas se encuentran protegidas del contac
to con los productos dc combustión; y cl calentamiento direc
to, o en atmósfera común, donde los productos de combustión
circulan libremente alrededor de las piezas.
La primera técnica, que se impone con la utilización del fuel-
oil y de combustibles dc alta proporción de azufre, no tiene
razón de ser con el gas natural: con éste no es de temer la for
mación de «blanco de arca» para proporciones inferiores a 10 mg
por termia (1 000 kcal), lo que es corriente en los gases naturales
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APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
292
que se distribuyen en España. La supresión de la mufla simpli
fica notablemente la combustión en las arcas y mejora sensible
mente el rendimiento térmico; esta mejora puede ser, según los
casos, dc 25 % a un 50 %. Aun en el caso de que se estime nece
sario poner las piezas fuera del contacto de los gases de com-
•
293
Recalentamiento de piezas
Este tipo de horno sólo existe en vidrierías donde las piezas
se fabrican a mano: esta operación es larga y exige calentamien
tos periódicos para dar a la pieza en fabricación la plasticidad
busión, el gas natural permite eliminar la mufla, puesto que pue
de emplearse el calentamiento con tubos radiantes, que con un
rendimiento ligeramente inferior al calentamiento directo, aun
necesaria.
que superior a la mufla, presenta las mismas ventajas que este
extremidad y calentados a una temperatura entre 1 200° y 1 300°,
por uno o varios quemadores dispuestos tangencialmente a la
pared interior del horno, la cual transmite el calor a las piezas,
último.
El equipo o conversión dc las arcas de recocer al gas natural
necesita ciertas precauciones, según el tipo de quemadores em
pleados. Los quemadores con cono de refractario constituyen un
dispositivo de estabilización dc llama suficiente. Por el contrario,
las rampas transversales de calentamiento, dispuestas bajo el
tapiz transportador, tienen que ir provistas de dispositivos de
estabilización.
9
Calentamiento de arcas de decorar
El decorado se realiza por vitrificación de esmaltes cerámicos
colocados sobre el vidrio. Esos esmaltes serán tanto más adhe
Los hornos de recalentamiento son, generalmente, pequeños
hornos de forma cilindrica de eje horizontal abiertos por una
principalmente por radiación.
El empleo de gas natural en estos hornos supone la adapta
ción del quemador o quemadores. Se trata, generalmente, de que
madores de mezcla previa que se regulan según relación este
quiométrica. Cuando esos quemadores ya existían quemando pro
pano o butano, convendrá casi siempre agrandar los orificios de
salida o colocar cabezales provistos de dispositivos estabiliza
dores.
•
Operaciones al aire libre
rentes cuanto mayor sea la temperatura de su cocción, con la
En estas operaciones se produce un calentamiento localizado
única limitación de la temperatura de reblandecimiento del vi
drio. La utilización de la radiación en pantallas radiantes de gas
permite, no obstante, sobrepasar ligeramente dicha temperatura,
puesto que la decoración cerámica es la única en absorber la
energía de radiación, mientras que el soporte dc vidrio es trans
parente y no la absorbe.
e intensivo. La llama ataca directamente una zona generalmente
pequeña de la pieza, que debe alcanzar la temperatura de fusión
rápidamente, para no afectar las zonas próximas con posibles
El calentamiento dc las arcas de decorar es totalmente aná
deformaciones.
Las características del gas natural, particularmente su velo
cidad de deflagración, impone ciertas precauciones a los que
madores.
logo al de las arcas de recocer, y puede llevarse a cabo en atmós
fera común o en atmósferas separadas. El gas natural, gracias a
su pureza, se presta perfectamente para el calentamiento en at
mósfera común, ya que los productos de combustión no produ
cen ninguna acción sensible sobre los esmaltes. Como en las ar
cas dc recocer, puede recurrirse siempre al calentamiento por
tubos radiantes.
Estos deben ajustarse a las dos condiciones siguientes:
•
dar una llama estable con una velocidad de derrame de los
fluidos elevada; se caracteriza por la potencia específica, ex
presada en kcal/h y cm2 de sección del quemador, que, nor
malmente, es del orden de 10 000 kcal/h/cm2;
•
producir una llama de la máxima temperatura posible, cuyas
dimensiones, bien definidas, sean constantes para una poten
cia dada.
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294
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
295
Para conseguirlo, la regulación de la combustión y la utiliza
ción de un dispositivo de estabilización, a base de llamas auxilia
res, compensan una temperatura teórica y una velocidad de de
flagración ligeramente más débiles.
Ejemplos:
Pocas referencias se encuentran referente a resultados de
explotación de hornos de balsa y de crisoles, porque los fabrican
tes de vidrio son muy celosos dc sus instalaciones y no quieren
divulgar los resultados que han obtenido con quemadores de
gas natural que, generalmente, ellos mismos han adaptado a sus
hornos.
No obstante, describiremos la conversión de los hornos de
fusión y recocido de vidrio para la fabricación de vidrieras o
ventanales artísticos.
Esos especialistas desecharon los métodos antiguos de pro
ducción de vidrios de colores, planos, cuyo trasluz sombrío se
acentuaba debido a las juntas de cemento. Tras muchos ensayos
decidieron utilizar vidrios gruesos de color que tallan con efecto
prismático, a fin de dar vida, color y relieve a sus vidrieras Su
unión, igualmente modificada, vuelve a ser como antes, de plomo.
El proceso de fabricación de las vidrieras consiste en dibu
jar sobre papel el proyecto a escala, e iluminarlo a la acuarela
El problema planteado a principios de 1955 consistía en fa
bricar el vidrio, ya que no encontraban en el mercado de la me
dida y colores deseados. Efectuaban entonces la fusión del vidrio,
colocándolo en dados y recociendo éstos.
Todas estas operaciones se realizan actualmente con gas, con
una producción de 40 t/año, gracias a los equipos que describi
mos a continuación:
Horno de fusión: Se trata de un horno de 2 crisoles cerrados
conteniendo cada uno de ellos 70 kg, cuyas dimensiones exterio
res son: largo 1,82 m; ancho: 1,28 m; alto: 1,35 m. El calenta
miento de ese horno se efectúa con un quemador de aire insu
flado de baja presión, sin mezcla previa. El caudal del quemador
es de 12 m3/h para mantener la temperatura entre 1300 y
1 360° C. El consumo de puesta en régimen es de 255 m3 en 72 ho
ras. El aire destinado a la combustión se recalienta en un recu
perador de acero refractario, colocado en el conducto horizontal
de evacuación de humos. Dicho aire llega al quemador a una tem
peratura próxima a los 400° C.
Las medidas de seguridad consisten en cerrar la llegada del
gas, por medio de una válvula electromagnética, en caso de falta
de presión de gas, de aire o de falta de corriente. Completan el
equipo sistemas de alarma ópticos y sonoros. Los ventiladores
eléctricos para el aire de combustión están provistos de una ma
nivela a mano que permite, en caso de corte de corriente, ali
Dicho proyecto se agranda a su tamaño natural sobre cartón lo
que permite establecer una plantilla para cada vidrio y fijar el
mentar el quemador con aire y continuar la combustión lenta a
talla de piezas gruesas en los colores deseados, según la plantilla
soles. El control de temperatura se realiza con un pirómetro fijo.
espesor del alma de plomo de las uniones. El vidrio se corta yse
fin de evitar la pérdida de la colada y la deterioración de los cri
de cartón.
La producción de piezas de vidrio es del orden de 140 kg/día. La
Las piezas se ensamblan luego con las juntas de plomo y una
vez montado el panel, se enmasillan con una masilla líquida que
penetra en los intersticios (entre el plomo yel vidrio) yque una
colada se efectúa a mano con cuchara calibrada.
vez seco y solidificado, da una estanquidad total, aumentando
la solidez de la vidriera. Los ventanales obtenidos forman com
posiciones robustas, con materiales gruesos, translúcidos y mull.colores, ensamblados por plomo reforzado de estaño; recogen
cualqu.er luz, con colores degradados, agradables a la vista lle
nos de diversidad y de vida.
Horno de recocer: El recocido de las piezas de vidrio se rea
liza en un horno de 3 compartimientos. El calentamiento de cada
compartimiento está asegurado por 2 quemadores de un caudal
total de 12 m3/h, del mismo tipo que el de los hornos de fusión,
colocados en las paredes laterales. La carga del horno de 3 com
partimientos es de 140 kg. El recocido debe hacerse a una tem
peratura constante y el ciclo para cada compartimiento es de
una hora, aproximadamente. Estos hornos, en razón de su in
termitencia, no van provistos de recuperador de calor.
296
GAS NATURAL
5.6.
APLICACIONES INDUSTRIALES
Gas natural en la industria cerámica
Dada la diversidad de las fabricaciones cerámicas y el com
plejo carácter fisicoquímico de las operaciones térmicas nece
sarias, la industria cerámica es una de las actividades en que la
importancia del combustible es fundamental. La elección de éste
puede tener una influencia decisiva no solamente sobre el precio
de coste, sino también sobre la calidad de los productos fabri
cados.
La primera materia base de la industria cerámica es la arcilla,
producto natural complejo, constituido esencialmente, en propor
ciones variables, por aluminio y sílice asociadas a cierta cantidad
de impurezas, tales como cal, potasio, magnesio, sodio y óxido
de hierro.
La diferencia entre los productos obtenidos proviene, en par
te, de la composición de la arcilla de base y, en parte, de los pro
cesos y temperaturas de cocción. A menudo se precisa una mez
cla previa de tierras de diferentes procedencias para mantener
constantes las características de un producto.
297
En el cuadro siguiente se detallan las características princi
pales de cocción de los diferentes productos cerámicos. Debe ob
servarse que el gres ordinario y las porcelanas exigen un cambio
de atmósfera durante la cocción.
La gran variedad de productos cerámicos, que van desde la
ladrillería a la loza, refractarios, productos artísticos y porce
lanas, exigen para cada uno de los productos características de
cocción diferentes.
Las operaciones térmicas fundamentales exigidas para la fa
bricación de los diferentes productos son el secado y la cocción.
5.6.1.
Secado
Todos los productos a base de arcilla son manufacturados a
partir de una pasta obtenida por mezcla, trituración y amasado
de tierras. Esta última operación necesita la adición de cierta
cantidad de agua.
La finalidad del secado es eliminar gran parte de dicha agua,
a fin de dar a las piezas manufacturadas una dureza suficiente
para permitir su manipulación. Debe realizarse con precaución
Los grandes grupos cerámicos son:
para evitar deformaciones o fisuras provocadas por una evapo
•
ración demasiado rápida. En el curso de los últimos años se han
conseguido grandes progresos en la aceleración del secado. Rea
Tierras cocidas
•
Lozas
•
Gres
•
Porcelanas
lizado anteriormente al aire libre, durante varios días, actual
mente se efectúa en secaderos, más o menos mecanizados, en
tiempos que pueden ser inferiores a una hora.
Las composiciones medias de estos productos son las si
Las técnicas de construcción de los secadores son de una gran
variedad: cámaras fijas con alimentación por vagonetas o por
guientes:
transportadores de jaulas, túneles continuos, etc. Sus caracterís
Tierras
cocidas
Pérdida al fuego
Sílice total
Alúmina
Oxido de titanio
Oxido de hierro
Cal
Magnesio
Potasio
Sodio
Impurezas varias
15,8
45,0
14,4
0.8
5,1
15,6
0,7
2.2
0,2
0,2
ticas vienen esencialmente determinadas en función de las dimen
Loza
Gres
Porcelana
6,9
68.5
20,2
0,5
6,7
67,0
19,7
1,2
1.9
0,3
0.4
1.8
0,3
0,7
0,1
73,3
21,5
0,1
0,3
1,3
0.6
0,6
0,3
1.3
0,6
0.5
siones de las piezas, del tonelaje y del circuito de los productos
en la fábrica. Sean las que furen, el gas natural constituye un
combustible particularmente apreciado. En la mayoría de los ca
sos, y sin ningún inconveniente para el producto y el material,
es posible efectuar un calentamiento directo, esto es, con una
mezcla de aire y de productos de combustión en el aire en pro
porción de aire suficientemente elevada para poder considerarlo
1
3.4
como aire puro. El rendimiento térmico, en estos casos, es pró
ximo al 100 %.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
El secado puede también hacerse, completamente o en parte,
por radiación: con gas natural es relativamente fácil conseguir
una combinación armónica entre radiación y convección que per
mita una aceleración sensible del proceso, evitando todo riesgo
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inherente a tal rapidez.
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Finalmente, teniendo en cuenta el calor sobrante o perdido en
los hornos de cocción, las operaciones de secado pueden reali
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zarse, totalmente o en parte, por recuperación de los humos o
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del aire de enfriamiento.
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5.6.2.
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productos, presenta, no obstante, una gran diversidad según sea
la naturaleza de las tierras, procesos de fabricación y tempera
turas de cocción. La cocción, a través de un conjunto de modifi
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caciones fisicoquímicas complejas, tiene por objeto conferir al
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producto fabricado cierto número de cualidades como dureza,
impermeabilidad, resistencia mecánica, aspecto, etc. Según los
casos, puede realizarse en una o varias fases, y ello nos conduce
a analizar separadamente, para cada tipo de cerámica, el pro
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ceso dc cocción, los hornos y cl empleo del gas natural.
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5.6.2.1. Productos de tierra cocida
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La cocción se efectúa, en este caso, en una sola operación du
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rante la cual el producto se lleva progresivamente a una tempe
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ratura comprendida entre 900 y 1050° C, y luego es enfriado len
tamente hasta la temperatura ambiente. La curva de temperatu
ras debe, tanto en su parte ascendente como descendente, tener
en cuenta las zonas críticas correspondientes a los puntos de
transformación dc la arcilla y de la sílice.
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Cocción
Esta operación, cuyos principios son comunes a todos los
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En la cocción de todos los productos cerámicos, la curva de
temperaturas correspondiente a una pieza cualquiera, tratada
sola, puede ser muy corta. La experiencia ha demostrado que el
tiempo de cocción es del orden de una hora para muchos pro
ductos. En la práctica, cada pieza no se cuece sola; teniendo en
cuenta que se cuece a la vez una carga más o menos importante
y que el producto es mal conductor del calor y ofrece una im-
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
300
portante inercia térmica, la operación opone una resistencia con
siderable a la subida de temperatura. La necesidad de hacer su
bir homogéneamente toda la carga obliga a aminorar el régimen
de marcha. Este inconveniente queda agravado por la inevitable
heterogeneidad de un horno de cocción, en el que la convección
natural favorece siempre las partes altas en perjuicio de las ba
jas. El registro de las curvas de temperaturas tomadas en dife
rentes puntos de la carga demuestra con evidencia el retraso que
experimenta la parte inferior en la subida de temperatura, re
traso que impone una disminución de marcha para permitir a
los diferentes puntos de la carga que alcancen todos ellos el ni
vel de temperatura máxima exigida por la cocción. Estas dificul
tades son tanto mayores cuanto más amplias son las secciones
de los hornos y más importantes los tonelajes tratados. La fa
bricación de productos de tierra cocida se efectúa siempre en
grandes partidas, con una densidad de carga máxima. La cocción
resulla pues muy lenta, y se necesitan varios días para grandes
unidades.
Sin entrar en detalles sobre los principios de construcción de
los hornos de cocción empleados, distinguiremos dos grandes
301
heterogeneidad mencionada anteriormente, los combustibles lí
quidos y gaseosos se inflaman en el momento mismo de su in
yección en el horno, y queman sobre todo en la parte alta, que
se encuentra favorecida en relación a la baja. Con el gas natural
esta dificultad es todavía más sensible, debido a su débil densi
dad y a la rapidez de su mezcla con el aire. Para paliar esta di
ficultad, se inyecta el gas natural a alta presión, con velocidades
de salida superiores a las de inflamación, con lo que la combus
tión no se inicia antes de que se igualen ambas velocidades. Esta
solución es de gran simplicidad, pues el quemador de gas se re
duce a un simple inyector y ha dado excelentes resultados.
Los consumos específicos de estos hornos varían en función
de diversos factores: naturaleza del horno, clase de tierras y
productos, densidad de carga, temperatura de cocción, número
y situación de los quemadores, regulación de la combustión, et
cétera, pudiendo alcanzar cifras comprendidas entre 35 y 90
Nm'/t, cuya media se sitúa alrededor de 45 a 47 Nm3/l.
El empleo del gas natural ha aportado mejoras muy impor
tantes en el funcionamiento de estos hornos, mejoras debidas
principalmente a:
tipos:
calidad de los productos,
• Hornos dc fuego móvil, como el Hoffmann, cl dc zig-zag, cl de
•
disminución de rechazos de cocción,
cámaras paralelas, etc.
productividad,
Hornos túnel, cuyo empleo tiende a generalizarse.
condiciones de trabajo del personal,
disminución de gastos de conservación.
Nos ocuparemos de examinar el problema dc sus equipos de
combustión adaptados al gas.
5.6.2.3.
5.6.2.2.
Hornos dc fuego móvil
Estos hornos, de construcción antigua, fueron concebidos
para su funcionamiento con carbón. Progresivamente, el carbón
fue abandonado por el fuel-oil o por el gas natural.
La misma construcción impone la forma de empico de estos
últimos dos combustibles, que sólo pueden introducirse por los
orificios dispuestos en su bóveda para la introducción del carbón.
La dificultad reside en el hecho de que así como éste, cayendo
por gravedad, quedaba al pie de la carga, consiguiendo así la
liorno túnel
El horno túnel se presta a una mayor diversificación dc los
equipos dc calentamiento. Sin embargo, teniendo en cuenta la
importancia de la carga, su densidad y las secciones del horno,
las condiciones equivalen a las del horno Hoffmann, puesto que
no se dispone para desarrollar la combustión de los espacios pre
vistos durante la carga entre los empilados de productos. Los pri
meros hornos túnel se equiparon pues igual que los hornos
Hoffmann, introduciendo el combustible por el techo, reforzando
la acción por medio de quemadores laterales, situados sobre las
paredes laterales del horno, con cl fin de mejorar cl calentamiento
303
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
de las partes inferiores. Últimamente han aparecido en el mer
cado (especialmente para la cocción de loza sanitaria) hornos
túnel más racionales, con calentamiento vertical de abajo a arri
ba por medio dc quemadores situados en la solera (ver ejemplo).
La primera materia es una arcilla más rica en sílice que la
utilizada para la tierra cocida, con un contenido de impurezas
302
Poco a poco, los simples inyectores de gas de los hornos
Hoffmann se han ido sustituyendo por otros, de combustión más
racional, con alimentación separada de aire y gas, de forma que
pueda modelarse la llama y extenderla por toda la altura del
horno. En algunos casos, se ha efectuado un reciclado de los hu
mos con el fin de retardar la combustión y facilitar el calenta
miento de la parte baja. También se han sustituido con indis
cutible ventaja los quemadores ordinarios por quemadores de
chorro «jet».
El registro de temperaturas en diferentes puntos de la carga,
efectuada sobre los mismos hornos, equipados sucesivamente
con diferentes tipos de quemadores, han demostrado la posible
mejora de la isotermía del horno con beneficio directo del con
sumo de gas. Igualando la temperatura de la parte baja con la
parte superior de la carga, es posible reducir el tiempo necesario
para alcanzar la temperatura de cocción en toda la carga, que se
traduce en un aumento dc la producción y en una disminución
del consumo específico de gas. Se produce, por otra parte, una
mejora sensible de la calidad, que se manifiesta particularmente
en las tejas, cuya coloración queda perfectamente uniforme.
En cualquier caso, la adopción del gas natural produce una
reducción en las inversiones, gracias a la simplicidad dc construc
ción de sus quemadores y una disminución de los gastos dc ex
plotación, debida a la supresión de los costes de mantenimiento.
El gas natural se presta, además, a introducir una regulación
automática, lo que se traduce en una reducción considerable de
mano dc obra para el funcionamiento y la vigilancia del horno y
del proceso.
5.6.2.4. Productos cerámicos propiamente dichos: lozas y azulejos, gres
mucho menor (ver cuadro anterior de composiciones medias).
La cocción puede efectuarse, sea de una vez (esmaltado sobre
crudo) sea en dos fases (esmaltado sobre producto de primera
cocción o bizcocho). El decorado puede colocarse sobre el esmal
te y ser recocido con éste, o bien sobre el esmalte cocido y ori
ginar una tercera cocción.
Las arcillas que se utilizan en la fabricación de los gres y por
celanas, generalmente llamadas kaolines, son semejantes a las
precedentes. La diferencia esencial estriba en que, gracias a una
cocción a temperatura más elevada, la pasta vitrifica en la masa
y pierde toda porosidad sin necesidad de recurrir a una capa
impermeable. En algunas calidades, sin embargo, se recurre al
esmalte para obtener un aspecto más decorativo.
Los tipos de hornos utilizados son similares para todos esos
productos; no obstante, la calidad de los refractarios del horno
debe ajustarse a las temperaturas que deben alcanzarse.
Los hornos de cámara con hogares laterales son actualmente
poco utilizados y tienden a desaparecer. No obstante, la conver
sión a gas natural se efectúa con pleno éxito. Su transformación
es muy sencilla: basta colocar un quemador en cada hogar su
primiendo la parrilla de carbón o sustituyendo el quemador de
fuel-oil. Los quemadores serán del tipo de alimentación separada
de gas y aire, la cual permite ajustar las dimensiones de la llama
a las características dc la cámara.
En los hornos túnel, como en los de alfarería, la carga a co
cer se coloca sobre vagonetas o sobre placas deslizantes o rodi
llos, y se desplaza en el interior del túnel, donde una circula
ción metódica dc los humos y del aire de combustión asegura
una doble recuperación:
•
de la zona de fuego, para el calentamiento progresivo dc la
y porcelanas
En general, las lozas pueden definirse como tierras cocidas
cuya porosidad se ha suprimido por una capa llamada esmalte,
que le confiere a la vez impermeabilidad y aspecto decorativo.
por utilización del calor que arrastran los humos a la salida
carga;
•
por calentamiento del aire de combustión que atraviesa la
zona de enfriamiento, recuperando el calor arrastrado por la
carga cocida.
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APLICACIONES INDUSTRIALES
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305
GAS NATURAL
304
El ciclo correspondiente a este proceso se caracteriza por una
curva de temperaturas a lo largo del horno sobre lacual se sitúan
las zonas de precalentamiento, cocción y enfriamiento. Dicha cur
va de temperatura varía según el horno, el producto y el proceso
han permitido una reducción muy importante del tiempo de coc
ción, gracias a sus dimensiones reducidas y a su facilidad de
regulación.
los puntos dc transformaciones del producto.
Debido a tales exigencias, el combustible empleado debe per
mitir una regulación fácil y precisa, así como un reparto y una
Además, su elasticidad de marcha permite seguir las fluctua
ciones de la producción mucho más fácilmente que el horno tú
nel, del que constituye el elemento complementario. El horno
túnel se adapta mejor a la producción de grandes series, que
permiten una mayor homogeneidad de carga. El horno célula
conviene más a las pequeñas series o a piezas especiales que
exigen un ciclo de cocción apropiado.
mirablemente a estas exigencias.
El funcionamiento con gas puede ser completamente auto
matizado: la marcha del horno puede ser programada en tiem
pos, temperaturas y atmósferas, y la cocción llevada a cabo del
principio al fin sin ninguna intervención manual.
de cocción. Debe tenerse en cuenta las distintas fases de cocción
y, en particular, las precauciones a tomar en las proximidades de
posición juiciosamente determinada de los quemadores para que
aseguren, en cada punto del horno, el aporte de calor perfecta
mente adaptado al ciclo de cocción. El gas natural se presta ad
La disposición de los quemadores permite mejorar la isoter
mía del horno, que se traduce por:
• aumento del porcentaje de productos de primera calidad,
•
disminución de los rechazos.
Para conseguir estos resultados, consecuencia de la uniformi
dad de temperaturas en la parte alta y baja de la carga, se ha
recurrido a diversos dispositivos: quemadores en la bóveda con
inyección de gas-aire a presión, colocación de quemadores en las
paredes laterales del horno, colocación de quemadores al nivel
de la solera, con combustión vertical de abajo a arriba y, final
mente, utilización dc los quemadores dc chorro a alta velocidad
o quemadores «jet».
pasar por la zona de introducción de piezas, en la que aseguran
su precalentamiento. La recuperación así realizada contribuye a
mejorar el rendimiento global del horno.
Los hornos que hemos citado son los tipos más corrientes
en la industria cerámica, pero existen otros tipos, algunos de los
cuales son derivados de los anteriores:
Por otro lado, la constancia de la composición del gas permite
una mejor regulación de la atmósfera necesaria para la cocción
de gres y porcelana, la cual exige una atmósfera reductora en
un período del ciclo de cocción. También la pureza del combus
tible y, sobre todo, la ausencia de azufre ha permitido la cocción
a fuego directo, suprimiendo la mulla, en ciertos hornos dedi
cados especialmente a loza sanitaria, esmaltado, decorado y fa
bricación de aisladores eléctricos de porcelana.
Finalmente, los hornos-célula constituyen un útil de trabajo
precioso para la industria cerámica. Especialmente concebidos
lililí 7 : i n n n r\
La cocción de la decoración se efectúa en hornos fijos o en
hornos túnel muflados de pequeña sección y de ciclo rápido,
cuya marcha y conducción está enteramente automatizada. El
calentamiento de estos hornos está realizado por un pequeño nú
mero de quemadores. Los productos de la combustión circulan
entre la pared exterior y la mufla que constituye la cámara de
combustión: a su salida se evacúan a la atmósfera después de
i-e-; ricos: <'.)s natural nrop;uv< v butano.
Horno de cámara con solera móvil
Horno de zig-zag y derivados del Hoffmann
Horno de pasaje de baja y alta sección
Horno túnel, muflado y semimuflado
Horno de losetas muflado y de llama directa
Horno de rodillos
Horno de bandejas
Horno rotativo para fusión y fritado de esmaltes
Horno de balsa para fusión y fritado de esmaltes.
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306
T
GAS NATURAL
En todos ellos es posible y fácil su transformación a gas na
tural.
Ejemplos:
tiguos.
A) Ladrillería moderna produciendo 750 t/día asegurada por
un horno túnel de 300 t/día de ladrillos; un horno túnel de
220 t/día. El resto se produce en dos hornos Hoffmann an
Todas las instalaciones existentes: hornos, secadores y gene
radores de vapor están alimentados por gas natural.
:
3,42 m
1,95 m
m
Vamos a describir el horno túnel y los quemadores del horno
más moderno:
Anchura útil
:
Longitud del horno: 102
Altura útil
:
21 a 25 h, es decir, avance medio vagón
cada 20 min, aprox.
Capacidad
: 32 vagonetas
Tipo de paso de cada
vagoneta
Producción diaria
: variable de 280 a 300 t, según la densidad
de los productos, es decir: 12 t/h, aprox.
Ver esquema (íig. 99).
Su particularidad reside en la construcción de la bóveda, muy
ligera, plana y suspendida, empleando ladrillos refractarios lige
ros, de densidad inferior a 1, lo que ha permitido establecer una
estructura metálica de soporte con perfiles laminados normales
de pequeña sección. Además, el buen aislamiento térmico de esos
ladrillos (22 cm de espesor en la zona dc cocción) permite obtener
un balance térmico muy satisfactorio.
Los muros laterales de la zona de cocción han sido concebidos
también para obtener un excelente aislamiento. Están lormados
bóveda.
por 22 cm del material anterior. 22 cm de ladrillos «isoperlor»,
y los ladrillos rojos de revestimiento exterior, con un espesor de
29 cm, los cuales sirven de apovo a la esti ininia metálica de la
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GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
En la zona de precalentamiento de la carga se instalaron 18
quemadores de impulsión, con premezcla total aire-gas, con una
potencia nominal de 1 850 termias/h. La velocidad de salida de
los productos dc combustión es tal (120 m/s) que la subida de
temperatura, tan delicada entre los 300 °C y los 700 °C, puede
efectuarse rápidamente gracias a la excelente homogeneización
dc la temperatura entre la solera y la bóveda del horno, contri
buyendo de esta manera a la obtención de productos de un color
completamente uniforme.
En la zona de cocción se han dispuesto verticalmente, en la
bóveda, 12 hileras de 4 quemadores (48 en total) alimentados
308
309
también con aire pulsado, que permiten una combustión prácti
camente sin llama visible y un perfecto equilibrio de la tempera
tura en todos los puntos de la zona de cocción. Los 48 quemado
res están repartidos en 6 zonas comprendiendo dos líneas de 4
quemadores cada una, regulada cada zona por un regulador de
temperatura en conexión con unas electroválvulas de alimenta
ción de gas. Dc esta forma, la cocción puede garantizarse con
gran precisión, y progresivamente, entre 800 y 955 °C.
2. «=<
En la figura 100 se detalla esquemáticamente este tipo de que
madores verticales.
En la zona de enfriamiento, donde se trata de llevar los pro
tLEGADA
ductos a la temperatura ambiente, recuperando al máximo el ca
DE GAS
lor que contienen, sin someterlos a variaciones brutales de tem
peratura, el aire que circula por el interior del horno es tomado
í
en la bóveda por dos ventiladores y enviado a los quemadores
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HPnAHA
LLEGADA DE
como comburente y parte al secadero.
AIRE PULSADO
El consumo específico de calor no sobrepasa las 485 termias
P.C.I/t para el conjunto de operaciones de la fabricación, secado
y cocción. La mano de obra se reduce a 15 hombres repartidos
en tres turnos. Toda la preparación de tierras, amasado, prensado
y secado está completamente automatizada.
B) Fabricación de azulejos decorados
Se trata de la fabricación de azulejos de loza decorados y en
relieve a escala industrial. Se producen 80 000 m2 de azulejos por
mes, de una gama muy variada, comprendiendo unos 600 mode
los de una constante regularidad de dimensiones (108 X 108 mm)
y dc buena calidad.
La cocción del bizcocho se efectúa en un horno túnel normal
Fig. 100. — Quemador C. II. R. 1. C.
de llama directa, de una longitud de 90 ra, en el cual se calienta
progresivamente hasta alrededor dc los 1250 °C, donde sufren
la transformación termoquímica necesaria, saliendo con la blan
rr
ra
cura conveniente.
Métodos de control estadístico permiten mantener una cali
dad elevada del bizcocho, eliminando todo defecto. Los azulejos
INYF.CTOIl
310
GAS NATURAL
lisos se dirigen hacia la decoración, los de relieve directamente
al esmaltado.
La cocción de las piezas esmaltadas se realiza con dos hornos
muflados tipo Dressler, asegurando el calentamiento protegido
de los gases de combustión (ver esquema de la lig. 101). La tem
peratura de cocción es dc 1 070 °C, y las piezas pasan sucesiva
mente a una antecámara de entrada y luego a la zona de preca
lentamiento, equipada de un reciclado dc la atmósfera a fin de
realizar la homogeneización de temperaturas entre la parte alta
y baja de la carga.
Después de ia cocción pasan a una zona de enfriamiento equi
pada como el horno dc bizcocho: una zona de enfriamiento rápi
do, una zona de enfriamiento lento y una zona de enfriamiento
normal.
La zona de cocción está equipada de quemadores de pre-mezela gas-aire inducido, alimentados a una presión de gas de 1,5
1.
iVIuíla.
2. Cámara de combustión.
3. Circulación de aire de convec
4. Vagoneta.
5.
Quemadores.
6.
Pirómetro.
ción.
kg/cm3 efectivos. Los quemadores están reunidos en grupos y
Fig. 101.— Horno continuo tipo Dressler
sometidos a la acción de un regulador neumático de temperatura.
El conjunto de los aparatos de control y de regulación, así
como los órganos de mando de los motores, están reunidos en un
armario que agrupa todas las funciones, y permite, por medio de
esquemas sinópticos, situar cada uno de los aparatos en marcha.
Un pupitre de mando facilita al personal la supresión de mar
cha del horno.
C)
Cocción de cerámica sanitaria
La cerámica sanitaria comprende: lavabos, bidets, cubetas
de W.C., fregaderos, cubetas, placas de duchas e incluso bañeras
completas. Todas las piezas son de gres esmaltado. La cocción se
realiza en un horno túnel de 130 m de largo de tipo muflado de
dos pasos paralelos en un mismo sentido, calentado con gas en
la zona de cocción por 3 líneas de quemadores verticales ascen
dentes (una línea axial entre las dos mullas y dos a lo largo de los
exteriores de las mullas). En el esquema (fig. 102) se representa
una sección transversal del horno en la zona de fuego.
1. Línea de quemadores verticales.
4. Cámara de acceso a los equipos
2.
3.
5.
Muda.
Mulla.
de caldeo.
Cámara de combustión.
Fig. 102. — Esquema de la sección transversal del horno túnel muflado.
1
I
312
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
T
313
Cada paso paralelo tiene una anchura de 1,30 m, y una altura
de 0,80 a los pies derechos y 1 m en la clave de la bóveda.
pero está previsto un sistema de regulación automática de tem
La cocción se efectúa a 1 200 °C, aproximadamente (cono fusi
ble n." 6), y el tiempo dc paso en el horno es actualmente de 48
horas. Este tiempo es el de la monococción de las piezas de gres
grueso mientras que las piezas de gres fino se someten a dos
pasadas de 48 horas cada una. Las vagonetas tienen una longi
tud dc 2 m, y se introducen en el horno a razón de una cada 45
minutos. Las piezas se apilan, según su naturaleza, en soportes
Es todavía prematuro dar un balance de explotación del hor
refractarios sílico-aluminosos o en carburo de silicio.
Todo el horno va apoyado sobre unos pilares y estructura me
tálica, bajo la solera del horno, en la zona de calentamiento, de
forma que los quemadores colocados en el lecho sean accesibles
peraturas.
no y del consumo específico del mismo, ya que el horno cuya
capacidad de producción prevista es de 35 t por día incrementa
progresivamente su producción partiendo de la mitad de su car
ga normal.
D) Secado por infrarrojos de piezas calibradas de porcelana
Antes dc describir la instalación, que es una verdadera innova
ción en la industria cerámica, es necesario recordar ciertos fe
nómenos físicos que caracterizan el secado de una pasta cerámica.
Se trata de una operación cuya complejidad es debida a va
y fácilmente visitables.
rios factores de diferente orden:
El horno comporta 3 cámaras de combustión semiestancas
equipadas con 3 líneas o hileras de quemadores de premezcla,
• constitución de la pasta (arcillas y agua),
alimentadas por mezcladores de aire inductor y gas reducido a
• tensiones internas producidas durante su preparación y su
presión atmosférica. El equipo de calentamiento instalado en cl
conjunto del horno es de 30 quemadores (3 hileras de 10) pero
actualmente solamente funcionan 12.
El gas que llega de la estación de regulación a la presión dc
5 000 mm c.a. se reduce primero a 600 mm en un único regulador
de presión para lodo el horno, y luego a la presión atmosférica
por medio de 3 reguladores a cero que alimentaban los mezcla
dores (1 por hilera de quemadores). El aire de combustión se
suministra por 3 ventiladores centrífugos conectados en parale
lo, de los cuales 2 están en servicio y olio de reserva. Cada una
de las cámaras de combustión lleva un ventilador dc extracción
mecánica situado del lado de entrada al horno. No hay reciclado
de los productos de combustión.
modelado,
• fuerzas multidircccionales puestas en juego por la contrac
ción debida a la evaporación (en las pastas de porcelana es
aproximadamente de un 5 %),
•
coeficiente de frotación sobre los moldes,
• variaciones de espesor en diferentes puntos de un mismo ob
jeto.
Debido a todo ello, son muchos los factores que concurren a
la formación de grietas en la pieza, si no se presta una particular
atención. El proceso de secado más corriente es el secado por
aire caliente en secadores fijos o móviles. Este sistema, que tiene
la ventaja dc la simplicidad, tiene el inconveniente de la dura
El encendido se efectúa manualmente a la puesta en servicio
ción del secado (con una uniformidad difícilmente realizable)
del horno, y como las cámaras de combustión están normalmente
a 1400°C, no se han previsto detectores de llama. 1.a zona de
que inmoviliza un número importante de moldes para una misma
calentamiento tiene 22 m de longitud en el centro del horno.
pieza, con las consecuencias inmediatas del espacio ocupado, etc.
La utilización de un secadero tratando las piezas por paso mecá
La regulación del horno se hace actualmente a mano a partir
de un cuadro de mando situado en las proximidades del horno,
misión del calor. La radiación infrarroja que tiene la propiedad,
cuando es absorbida, de liberar la energía calorífica en la misma,
nico era tentador, pero debía recurrirse a otro medio de trans
.
314
r—^
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
se adapta perfectamente a ese tipo de utilización, en la medida
que se tiene en cuenta las características de absorción del pro
ducto tratado.
Estas dependen:
•
3
319
petróleo (30 °/o) y para la síntesis del metanol (17 °/o). Estas pro
porciones podrán variar en el futuro debido al uso creciente en
tratamientos de refinería, a la demanda creciente de metanol y a
la extensión de la reducción directa ¡de mineral de hierro.
de la longitud de onda de la radiación emitida,
• del contenido de agua de las pastas,
• del ángulo de incidencia de radiación sobre las piezas,
• de la distancia emisor-receptor.
La particularidad del secador, que vamos a describir, estriba
5.7.2.2.
Amoníaco
Para la síntesis del amoníaco, el consumo específico del gas
natural para el «steam reforming» es inferior al necesario para
el «reforming» catalítico de la nafta o del fuel-oil. Ello explica la
preponderancia que ha adquirido el gas natural en la producción.
en tener en cuenta los factores anteriores y utilizar los rayos
infrarrojos de una manera racional.
El secador consiste en un horno túnel de 10 m de largo, re
corrido por una cadena dc arrastre de los productos, en forma
de S, con 3 hileras de elementos radiantes colocados encima dc
las 3 ramas dc la S. Estas hileras son móviles y regulables.
• en un plano vertical: ello permite regular su altura respecto
a las piezas;
• en un plano horizontal: un sistema de cremallera permite
cambiar las distancias de las hileras para ajustarías al tama
ño de las piezas;
• alrededor de un eje longitudinal: unas guías permiten modi
ficar la inclinación de los emisores.
La cadena lleva 210 carros individuales destinados a recibir
los moldes que descansan sobre un eje, cuya rotación uniforme
es arrastrada automáticamente por el avance de la cadena.
El tiempo de paso de los productos puede variar de 4 min al
infinito, siendo su límite práctico generalmente inferior a 4 min.
El retorno de la cadena se efectúa por el exterior del secador,
lo que permite el enfriamiento de los moldes antes de su paso
delante de las máquinas de calibrar.
Hemos dicho que los emisores están dispuestos en 3 hileras
paralelas longitudinales correspondiendo al circuito de paso.
Cada línea está compuesta de hecho de 4 emisores de 2 m, ali
mentado cada uno poi mm mezclador de aire inducid- I :, llegada
5.7.2.3.
Metanol
El «reforming» al vapor produce también el metanol, que pre
senta la misma relación molecular H/C que el metano. Ultima-
mente han sido puestos a punto procesos a baja presión que dis
minuyen sensiblemente el consumo de energía y simplifican el
esquema de la Planta.
5.7.2.4.
Acetileno
El acetileno ha tenido durante largo tiempo una especial im
portancia como primera materia para numerosos procesos de
síntesis. El acetileno se produce del gas natural por «cracking»
catalítico. Para mantener la competencia con el etileno, será pre
ciso promover nuevas técnicas. El acetileno que se adapta mejor
a las pequeñas capacidades que la química del etileno, permite
realizar instalaciones «a medida» en función de las necesidades.
5.7.2.5.
Gas reductor
El gas reductor obtenido por «reforming» del gas natural se
utiliza para la reducción directa del mineral en esponja de hierro.
En este aspecto presenta indudables ventajas para aquellos paí
ses que disponen de importantes reservas de mineral de hierro,
pero que no poseen carbones coquizables para tratarlo. Se están
desarrollando rápidamente varios procesos, entre los que han al
canzado el nivel de explotación industrial los proceso Hyl, Midrex y Purofer.
r=l
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
321
GAS NATURAL
320
Los procesos de reducción directa de mineral de hierro pue
den clasificarse en tres categorías: horno de cuba y de retortas,
horno de lecho fluido y hornos rotativos.
La reducción directa en hornos de cuba procede de gases reduc
tores, obtenidos por «reforming» al vapor del gas natural y de la
corriente eléctrica.
La reducción en lecho fluido procede del H2 puro, obtenido
igualmente por «reforming» dc gas natural. Su puesta a punto no
es todavía perfecta.
La reducción directa en hornos rotativos parte de combusti
bles sólidos, y aunque ha tenido varios fracasos en los últimos
años, parece que se vislumbran esperanzas de éxito. La unidad
dc producción, que para los hornos de cuba es de 450 000 t de
esponja por año, para los hornos rotativos se encuentra a nivel
de 150 000 l/año.
La inyección directa dc gas reductor caliente (900 a 1 000 °C)
en el horno alto produce una disminución sensible del consumo
dc coque, que es reemplazado por el gas reductor, con lo que el
horno alto se convierte en polivalente en cuanto se refiere a la
elección de combustibles: coque, combustible auxiliar directo
en las toberas (gas natural, combustibles líquidos o carbón pul
verizado), y gas reformado obtenido a partir del gas natural.
La inyección de gas reductor, aplicado en hornos altos, piloto
e industriales, ha demostrado su eficacia y permite abrir una
nueva utilización del gas natural, liberando importantes canti
dades de coque, combustible dc calidad que escasea. Tiene la
ventaja de que se puede aplicar fácilmente a todos los hornos
altos existentes.
El horno alto continuará pues siendo el útil básico para la
fabricación dc acero en las siderúrgicas de los países desarrolla
dos, puesto que su balance energético es cl mejor (consume me
nos energía) y se adapta a varios combustibles y a diferentes
calidades dc minerales.
5.7.2.6.
Proteínas
La producción de proteínas sintéticas para la alimentación
del ganado alcanza un nivel prometedor. Una parle esencial de
esta producción estará basada en el gas natural por transforma
ción directa o por síntesis previa de metanol. Serían necesarias
1,7 t de gas natural para elaborar 1 t de proteínas sintéticas.
En 1980 la producción de Europa Occidental alcanzó las 600 000
t/año, de las cuales la mitad eran producidas por el gas natural.
Las proteínas sintéticas, obtenidas por un proceso de fabrica
ción puesta a punto por la «Shell», tienen un contenido proteínico de alrededor del 70 °/o. Su valor nutritivo se aproxima a las
mejores calidades de harina de pescado. Su empleo en los com
puestos alimenticios sería comparable al practicado con el pes
cado y la harina de soja.
El proceso directo de «Shell» está basado en una tecnología
de separación y cultivo de diferentes células de bacterias en pro
porciones definidas. El gas natural es una primera materia muy
interesante, y tiene la ventaja de que se necesitan prácticamente
pocas operaciones de pretratamiento en comparación con otros
procesos basados en la utilización de otros hidrocarburos.
La fermentación, que se produce a más de 42 °C, permitirá
evacuar fácilmente el calor desarrollado en las unidades de pro
ducción continua. El cultivo de bacterias se efectúa difundiendo
una mezcla metano-aire en la solución acuosa conteniendo amo
níaco, fosfatos y trazas de otros elementos minerales. Se extrae
de forma continua una espuma que tiene en suspensión de 2 a
3 % de células bacteriológicas. Después de su separación, el
licor se devuelve al fermentador, y los productos proteínicos se
extraen bajo el aspecto de un queso blanco que se seca poste
riormente.
5.7.2.7.
Azufre
Finalmente, la extracción del H2S del gas natural de los yaci
mientos que lo contienen (Gas de Lacq), ha dado lugar al desa
rrollo de la química del azufre, con la producción de compuestos
sulfurados que encuentran aplicación en la fabricación de mate
rias plásticas, fibras sintéticas, textiles, alimentos para el ganado,
colorantes, odorizantes, etc.
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
322
5.8.
Gas natural en industrias agrícolas
y de alimentación
Las industrias agrícolas absorben más de la mitad de la ener
gía térmica utilizada en este sector, correspondiendo la mayor
parte de las necesidades de combustible a las azucareras, destile
rías y fábricas de productos lácteos. La principal aplicación del
gas en las mismas reside en la producción de vapor y en las ope
raciones de secado por calentamiento directo.
No parece que las industrias azucareras en España, tanto por
su ubicación —si no están próximas a una red de distribución
de gas— como por su período interrumpido de actividad, puedan
llegar a ser consumidoras importantes de gas natural.
Por el contrario, el gas resulta insustituible en la preparación
de productos en polvo (leche, café, huevos, etc.) por desecación
directa de mezcla de aire y productos de combustión. También
es de gran utilidad para desecación de granos (maíz, trigo, etc.),
y deshidratación de productos agrícolas para su conservación
(yerba, gramíneas, pulpa de remolacha, maíz, etc.), para la ali
mentación del ganado.
Al final de una campaña de deshidratación de vanados pro
ductos agrícolas, se comprobó un consumo de 231 m* de gas por
tonelada de producto tratado. Esta cifra, evidentemente, es fun
ción del promedio de humedades de los productos a secar.
Las industrias agrícolas y alimenticias, que transforman los
productos naturales dc la agricultura para suministrarlos al
323
•
necesita grandes cantidades de energía;
•
tiene lugar a temperaturas bajas, que permiten con los com
bustibles gaseosos, rendimientos elevados;
la tecnología de combustión del gas y de calentamiento de
fluidos deberá adaptarse a todas las operaciones de secado.
•
La mayor parte de los vegetales contienen, en el momento de
su recolección, demasiada agua para que su conservación sea
buena. Es el caso de los cereales como el maíz, por ejemplo, que
puede contener 35 % de agua en promedio y que debe bajarse
a 15 % para su comercialización. Otros, como los forrajes, la re
molacha y ciertas frutas, se cosechan verdes.
Desde luego, los procesos de fabricación de la industria de
alimentación, proporcionan productos acabados secos, partien
do de soluciones acuosas: azúcar, café, té, leche y huevos en
polvo. Igualmente ciertos productos de confitería, como las ga
lletas y los bizcochos, deben secarse en la fase final de su fabri
cación.
El secado con aporte térmico consiste, generalmente, en ha
cer circular en contacto con el producto a tratar, aire o gases
calientes. Existen gran variedad de secadores que se pueden cla
sificar en:
•
secadores estáticos, en los cuales el producto tratado está
inmóvil;
•
secadores continuos, donde el producto tratado se desplaza
continuamente.
mercado, están en constante desarrollo.
Dichas industrias utilizan la energía, principalmente con fines
Entre los secados continuos se distinguen los secadores:
térmicos, para las operaciones de secado, lavado, esterilización,
•
en masa, o de capa gruesa;
torrefacción y cocción.
•
en capa delgada (rotativos, de tapiz, etc.) para los productos
sólidos;
Los gases combustibles se utilizan mucho en las operaciones
bien conocidas de torrefacción y cocción.
El campo de secado resulta particularmente importante para
la utilización del gas, por varias razones:
•
de pulverización, para el tratamiento de líquidos, tratándose
entonces de una evaporación casi total.
El coste de la operación es función de las inversiones a efec
tuar y del consumo de gas, el cual toma una importancia cre
ciente a causa del aumento del coste de la energía.
=1
GAS NATURAL
324
Los secadores de aire caliente tienen rendimientos térmicos
que dependen de la naturaleza del producto tratado y de las téc
nicas utilizadas, y están situadas en la gama del 40 al 80 °/o.
Para mejorar los rendimientos se recomiendan varias dispo
siciones:
• controlar con precisión la operación;
•
utilizar el aire a la mayor temperatura posible;
•
reciclar el aire cuando está poco saturado;
• recuperar el calor latente de condensación del vapor de agua
extraído.
En la industria de la alimentación se nos ofrecen dos activi
dades en las fábricas de galletas, bizcochos, pastelería y pan,
donde el gas se emplea en la calefacción de los hornos o en se
cadores para el secado y ahumado de jamones, salchichas y char
cutería, y en las fábricas de pastas alimenticias, fábricas de con
servas, cerveza, etc., donde se requiere el suministro de vapor o
de agua caliente.
Ejemplos:
A)
Secado de granos en calentamiento directo con gas
Una instalación de almacenamiento de granos de 413 000
quintales de capacidad, conteniendo más de un 50 % de maiz,
alrededor de 20 % de colza y 20 % de trigo, somete a dichos gra
nos a un secado antes de su almacenamiento para evitar su alte
ración por oxidación y fermentación alcohólica.
El maíz de cosecha normal no sobrepasa normalmente el 15 %
de humedad y, en este caso, se almacena sin secado térmico con
sólo una ventilación adecuada.
En el caso dc mayor humedad —maíz cosechado mecánica
mente que puede contener hasta un 30 o 35 %— necesita un se
cado previo a su almacenamiento. A su recepción se le debe
someter a una ventilación sin calentamiento, seguido inmediata
mente de un secado térmico por aire caliente, con objeto de lle
var su humedad a un 15,5 %.
APLICACIONES INDUSTRIALES
325
Para el trigo y la cebada hay que disminuir igualmente la hu
medad, si es necesario hasta un 16 °/o. Para la colza, por el con
trario, se procede al secado térmico si la humedad inicial sobre
pasa un 10 °/o, para reducirla a 8 %.
La instalación de secado consta de dos secadores idénticos.
Cada secador vertical de aire caliente, proyectado para tratar
principalmente el maíz y accesoriamente los otros cereales, es de
calentamiento directo por gas con quemador en la corriente de
aire.
El caudal total de aire por secador es de 144 000 m3/h, de los
cuales 12 000 m3/h son de aire de enfriamiento no calentado, y
132 000 m3/h son de aire caliente saliendo del generador a 105110 °C. La mezcla del aire de enfriamiento (que se precalienta en
la parte baja del secador a expensas del calor de los granos que
se descargan) con el aire caliente del generador, se encuentra a
97-100 °C a la entrada del secador. Los secadores trabajan en
depresión con aspiración a través de la columna de granos. Son
del tipo de 2 pasos de aire y éste sale por su parte superior a
30-32 °C.
Los granos se desplazan verticalmente a velocidad constante,
pero de forma cíclica, con alternancia de períodos de descenso y
de paro obtenidos por un dispositivo rotativo apropiado. Este
dispositivo es el que regula el secado en función de la humedad
inicial del grano. Cada secador está equipado con un separador
de polvo multiciclón conteniendo 140 ciclones.
La calefacción directa de cada secador se obtiene por medio
de un quemador rampa en corriente de aire de 3200 termias/h
El gas llega a 4 kg/cm2, y se reduce su presión a 3000 mm c.a. en
la cámara receptora para alimentar después el equipo de calen
tamiento, el cual consta de: válvula manual de cierre, regulador
final de presión a 100 mm, salida para llama piloto, válvula de
segundad electromagnética de rearme manual, salida eventual
segunda válvula de seguridad electromagnética y válvula modu
lante dc regulación.
La regulación de temperatura es progresiva y accionada por
un termopar, colocado directamente en el secador; la marcha
del quemador se regula por mediación del motor de la válvula
de modulación.
"""""I
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
Debe observarse que los secadores de fuel-oil, que necesitan
un intercambiador de calor, se regulan únicamente para todo o
y está equipada con 200 quemadores de rampa situados debajo y
encima de la cinta de transporte, repartidos en intervalos cre
326
poco.
La regulación del descenso del grano en función de la hume
dad se hace cíclicamente por la relación de períodos de descenso
y paro. Los métodos modernos de recogida de cereales dan gra
nos todavía húmedos, que hace falta secar para llevar la humedad
a su valor preciso, el cual permita su buena conservación y cum
pla las condiciones contractuales dc venta en el mercado nacio
nal y extranjero.
El gas natural permite el calentamiento directo del aire de se
cado en buenas condiciones de higiene, seguridad y economía de
explotación, utilizando los quemadores en corriente de aire. Este
sistema tiende a sustituir los antiguos sistemas a base de cam
biadores de calor, indispensables con los otros combustibles,
con objeto de evitar así la polución de los productos tratados.
B)
Cocción de bizcochos y pastelería industrial
Un grupo importante de la industria pastelera, especializado
en la producción de bizcochos y artículos cocidos a base de ha
rina, empica 1 350 personas y asegura una producción anual de
22 000 t.
La cocción de bizcochos se realiza en dos hornos continuos de
327
cientes desde la entrada a la salida. La curva de temperaturas
establecida por los servicios técnicos está controlada a ± 5 °C.
La temperatura media se sitúa hacia los 180 °C.
Cada rampa de quemador está alimentada por un venturi a
inducción atmosférica, y está provista de 80 mecheros multillama.
La curva de temperatura propia de cada variedad del producto
se obtiene por el encendido o apagado de cierto número de que
madores. La temperatura de cada zona se lee sobre indicadores
colocados en las paredes laterales del horno.
En caso de fallo de la corriente eléctrica, la seguridad está
garantizada por el cierre de una electroválvula colocada sobre la
conducción de gas. El encendido de Jos quemadores se hace a
mano, con una antorcha de gas.
Los datos de explotación son los siguientes:
Horario de trabajo: 2 o 3 turnos por día
Tiempo de puesta en régimen: 60 a 90 min
Temperatura de trabajo: 180 °C
Velocidad dc paso: 15 m/min
Duración de la cocción: 4 a 6 min
Producción horaria: 1 000 kg por horno
106 m de largo cada uno, cuya zona de calentamiento es de 80 m.
Las ventajas obtenidas con el empleo del gas han sido: esta
La producción anual de estos dos hornos es de 10 000 I, es decir,
bilidad y calidad de los productos obtenidos, automatismo y
continuidad de la fabricación, limpieza del material y del lugar
alrededor de 1 300 X 10'1 piezas.
La harina se suministra por camiones cisterna a razón de 25
a 30 t/día. Se aspira de los camiones mediante tubería y se alma
cena en silos. La materia grasa se suministra en estado líquido y
se almacena en depósitos, mantenida a 45 °C. El azúcar y la leche
fresca se utilizan cada día a razón de 6 l y 2 500 I, respectiva
mente.
Cada horno está constituido por una caja metálica calorifugada, dc doble envolvente, por el interior de la cual se desplaza
una cinta de lela metálica continua, cuyo circuito de telonio pasa
bajo la caja de cocción. La zona de cocción mide -O »n de largo
de trabajo y, finalmente, un mayor silencio en las instalaciones.
C) Calentamiento directo para la fabricación de leche en polvo
y producción de vapor
La cooperativa en cuestión recoge diariamente 340 000 1 de
leche. Parte de la misma, destinada a la venta, se pasteuriza y
distribuye no acondicionada en la región. Otra parte se transfor
ma en leche en polvo. Se producen 3 t de mantequilla por hora y
se fabrica un alimento para el ganado constituido por leche des
cremada, reengrasada y adicionada de vitaminas y complejos mi
nerales.
GAS NATURAL
328
El gas se utiliza en una caldera mixta gas-fuel para la produc
ción de vapor; y también la producción directa de aire caliente por
quemador en corriente de aire para la fabricación de leche en
polvo. El quemador en corriente de aire (es decir, mezcla de
aire y de productos de combustión) está constituido por un con
junto de rampas de gas de una potencia total de 4 000 termias/h,
y lleva 6 ramas verticales y 2 ramas horizontales, cuya longitud
desarrollada es del orden de 13 m.
Este equipo está provisto de dispositivos completos dc regu
lación y de seguridad. El circuito dc alimentación dc gas del que
mador tiene una válvula dc seguridad electromagnética de rearme
manual y una válvula motorizada de regulación. También tiene
dos manostatos de seguridad, uno de mínima presión de gas y
APLICACIONES INDUSTRIALES
329
Independientemente de las ventajas de que puede beneficiarse
la industria textil con el empleo del gas natural como combusti
ble para los casos citados, describiremos a continuación algunos
de los procesos de transformación de dicha industria que utili
zan la combustión directa de gas natural.
5.9.1. Chamuscado de hilos y tejidos
El tratamiento más difundido por acción directa de la llama
es el chamuscado que, al eliminar la pelusa de las fibras, contri
buye a lograr una superficie más uniforme, más brillante y con
mejor presentación.
Los quemadores para chamuscado de hilos se reducen a una
otro de máxima.
cámara de combustión cilindrica por cuyo eje pasa el hilo. Las
El quemador está equipado de un piloto permanente de encen
dido eléctrico por chispa. La detección de llama se efectúa me
diante un electrodo de ionización conectado a un armario-progra-
número de quemadores dispuestos en paralelo. Deben alimentar
mador.
La válvula dc seguridad conectada al detector dc llama, a los
dos manostatos de presión de gas, a los motores dc los venti
ladores de la corriente de aire y al motor de los extractores, así
como al motor de la bomba de alimentación dc leche, de forma
que dicha válvula cierra el paso de gas cuando:
® se apaga fortuitamente cl gas;
•
hay falta o exceso de presión del gas;
• fallan o se paran los motores de los ventiladores y extrac
tores;
•
se para la bomba de alimentación de leche.
máquinas de chamuscado de hilo están equipadas con un gran
se con una mezcla de aire y gas en quemadores de aire inductor
y gas inducido, o en máquinas mezcladoras. El consumo de gas
varía de 40 a 90 kJ por km de hilo, en función del peso del hilo
(10 a 50 g/km), de su velocidad (350 a 800 m/mn) y de la pro
ducción horaria (20 a 50 km de hilo/h).
El quemador clásico para chamuscado de tejidos consiste en
una cámara robusta, de longitud no inferior a la anchura de la
pieza a tratar, alimentada por una premezcla de aire y gas El
quemador se dispone perpendicularmente al tejido, produciendo
una llama que choca contra su superficie. La velocidad del trata
miento depende del peso del tejido y de la calidad deseada. Para
tratamientos corrientes sobre tejidos de 1,70 m de anchura el
consumo resultante de gas natural por kilogramo de tejido tra
tado oscila alrededor dc 0,05 termias para tejidos pesados v de
0,1 termias para tejidos ligeros.
5.9.
Gas natural en la industria textil
En la industria texlil la utilización de vapor de agua o dc agua
caliente, representa el 90 % de las necesidades térmicas, entre
las que se incluyen las correspondientes a la calefacción y humidilicación de naves v locales.
5.9.2.
Abrasado
Un resultado análogo al del chamuscado se obtiene al someter
a los tejidos al contacto de placas metálicas calentadas al rojo
por quemadores a gas natural, de pequeña potencia, distribuidos
debajo de las placas.
330
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
5.9.3.
Secado mediante cilindros
Existen en la industria textil diversos tipos de secadores que,
al entrar en contacto con cl producto a tratar, determinan la
pérdida dc la humedad de ésle. Estos cilindros pueden calen
tarse mediante quemadores rampa a gas natural, dispuestos se
gún su eje, bien sea directamente o bien por mediación de una
camisa de agua que asegure una homogénea repartición de la
temperatura sobre la superficie del cilindro.
5.9.4.
Presecado por radiación
Los paneles radiantes a rayos infrarrojos son utilizados fre
cuentemente como complemento de las operaciones dc presecado
en máquinas generalmente provistas de otro sistema de calefac
ción. Este equipo complementario resulta útil bajo un doble
aspecto:
• aumenta la capacidad de producción de un material en explo
tación;
• permite obtener este resultado sin aumentar la carga de la
fuente de energía existente, en la mayoría de los casos un
generador de vapor.
331
mezclan con el aire y calientan por convección los productos a
tratar.
Este sistema se utiliza en algunas máquinas Rame, de velo
cidad de tratamiento relativamente baja, que justifica este dis
positivo sencillo pero suficiente para su capacidad de producción.
5.9.7.
Máquina Rame
Una máquina Rame a convección forzada se compone de va
rios comportamientos idénticos, de una longitud aproximada de
3 m, incluyendo cada uno su propio dispositivo de calefacción
y ventilación. Las máquinas Rame asocian al efecto térmico una
acción mecánica de estirado transversal del tejido, cuyos bordes
se sujetan lateralmente mediante unas pinzas arrastradas por dos
cadenas sin fin, que permiten la traslación del tejido en un plano
horizontal.
La zona de combustión del gas se encuentra siempre en de
presión con respecto al recinto calentado, depresión motivada
por los ventiladores dc barrido. La combustión se realiza, bien
sea en el interior de tubos perforados de acero refractario o
bien directamente en una vaina de aspiración de aire fresco y
atmósfera rcciclada.
5.9.5.
Polimerización
Existen dispositivos especiales que permiten efectuar el ca
El calentamiento por radiación ha sido aplicado con éxito
a máquinas de polimerización de apresto o resinas pigmentarias.
gistro especial permite evacuar los productos de la combustión
Los polimerizadores comprenden una sección de calentamiento
al exterior, a través de una chimenea, o bien introducirlos, total
lentamiento directo o indirecto a voluntad del utilizador. Un re
por radiación en la cual el tejido es llevado a la temperatura de
o parcialmente, en el interior de la Rame.
tratamiento en dos o tres segundos; a continuación viene una
La potencia térmica requerida varía entre 120 y 200 termias/h
por compartimiento, según sean los tratamientos a realizar y cl
zona de mantenimiento de la temperatura conseguido por con
vección a través de los productos de combustión y, por último,
la polimerización concluye en la parte alta del polimerizador,
cuya temperatura es regulable.
5.9.6.
Secado por convección
La convección natural consiste en utilizar directamente el ca
lor de los productos de combustión procedentes de quemadores
situados bajo el tejido a una distancia suficiente para evitar
sobrecalentamientos locales. Los productos de combustión se
peso por metro del tejido a tratar. Se consigue dicha potencia
por medio de un número variable de quemadores, así como por
distintos sistemas de alimentación. La regulación automática
dc la temperatura se realiza individualmente para cada uno
de los compartimientos a través de las indicaciones de un detec
tor situado generalmente frente a los ventiladores de barrido.
Las ventajas del calentamiento directo a gas natural son de
orden técnico y económico.
332
GAS NATURAL
1)
Ventajas de orden técnico:
• Espacio reducido: el espacio en una Rame para la cá
mara de combustión de gas es mucho menor que el del in
tercambiador correspondiente, lo cual facilita la adap
tación de equipos de calefacción directa a gas en los apa
ratos existentes.
• Gran flexibilidad térmica: la instalación de potencias ca
loríficas altas, unido a la baja inercia térmica del dispo
sitivo dc calentamiento, permiten obtener una rápida va
riación de temperatura en la cámara de tratamiento, dis
minuyendo con ello los riesgos de deterioro de tejidos.
• Simplicidad de construcción y funcionamiento; la cons
trucción de los aparatos se simplifica por la supresión de
APLICACIONES INDUSTRIALES
Ejemplo:
a su blanqueo, tinte y apresto. La capacidad de tratamiento es
de 500 piezas de 100 m de longitud por día.
El equipo está diversificado en función de los tratamientos
realizados, y los aparatos están calentados con vapor, electrici
dad y gas natural. Aparte de las instalaciones de lavado y tinte,
que no describimos aquí, la fábrica está provista de los elemen
tos térmicos siguientes:
1 máquina Rame de calentamiento mixto vapor y gas;
1 «Hot-Flue» calentado por vapor y electricidad;
1 presecador calentado por gas mediante paredes radiantes.
el calentamiento indirecto.
Ventajas de orden económico:
• Gastos de inversión reducidos: la simplicidad del proce
dimiento permite reducir notablemente los gastos, tanto
en la adquisición de nuevos aparatos como en la adapta
ción de los existentes.
• Gastos de mano de obra bajos: los gastos de explotación
imputables al calentamiento a gas son prácticamente nu
los, en razón del automatismo de los equipos.
9
Consumo reducido: el consumo de combustible es extre
madamente reducido, ya que los productos de la combus
tión del gas contribuyen íntegramente al calentamiento
de la máquina.
Finalmente citaremos otros diversos materiales calentados
por gas, pero de menor importancia: 2 mercerizadores, 1 estam
padora, 1 flameadora.
Vamos a discutir someramente la Rame y el presecador.
La Rame está formada por la yuxtaposición, en longitud, de
cuatro compartimientos idénticos. El primero está calentado sólo
por vapor, mientras que cada uno de los tres siguientes está equi
pado, a la vez, de tubos de vapor con aletas y de quemadores de
gas.
Para el secado hasta 160-165 °C el calentamiento se hace sólo
Gastos de entretenimiento mínimos: los gastos de en
con vapor, pero para los tratamientos térmicos de fibras sinté
tretenimiento de los quemadores son prácticamente nu
ticas hasta 220 °C, el calentamiento es mixto: vapor y gas. El
calentamiento únicamente con vapor puede evaporar 810 kg/h.
La Rame trabaja por convección forzada de aire caliente o,
en la marcha mixta, por una mezcla de aire caliente y productos
de combustión de gas. Cada compartimiento está equipado de 8
ventiladores dc reciclado, a razón dc 4 por cada lado (fig. 103),
los, así como los de limpieza y conservación de las partes
mecánicas internas del aparato, debido a la combustión
completa del gas.
9
Tratamiento de textiles
Los textiles de todas clases, naturales, artificiales y sintéti
cos, excepto la lana, son tratados en una planta donde se procede
vainas, chimeneas, intercambiadores, etc., necesarios en
2)
333
Mejora de la productividad: la potencia y baja inercia
térmica dc los equipos dc calentamiento directo a gas per
miten variaciones rápidas dc temperatura, reduciéndose
los tiempos muertos que separan las operaciones sucesi
vas efectuadas a distintas temperaturas, pudiéndose in
crementar cl número de tratamientos durante una misma
jornada.
montados sobre un eje único y accionados por un motor de ve
locidad de transmisión por polea. Cada compartimiento lleva dos
puntos de extracción, a excepción del primero, que lleva sola
mente uno. Los ventiladores de reciclado descargan sobre un
cambiador dc calor formado por tubos de aletas, por las cuales
1
334
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
circula el vapor. La corriente de aire pasa después por un conduc
to formando cámara de combustión del quemador, mezclándose
con los productos de combustión de éste.
335
peratura de consigna, permite la regulación en tres etapas: todo,
progresivo y nada (paro de quemadores). Dicha válvula motori
zada está situada en el circuito de aire del quemador, y la pre
sión del aire detrás de dicha válvula actúa sobre una válvula neu
mática de regulación situada en el circuito de gas. El funciona
miento del quemador está supeditado al de los motores de los
ventiladores de extracción y a la presión de alimentación de gas
detectada por un manostato de máxima y mínima.
Válvula motorizada
de regulación
Aire del piloto
Aire 50 mbar
Entrada
del
Regulador de caudal
Salida
del
tejido
con premezcla
tejido
Caja de mezcla
Gas
Vapor
Vapor + gas
Vapor + gas
Vapor -!• gas
Fig. 103.— Esquema de la Rame con indicación del sistema
de calentamiento y situación de los puntos de extracción.
Piloto
alimentado
Válvula neumática
de regulación necionada
por aire comprimido
D
iiiinmii iiiiiniiniiiiiiiiiiiiiiii^
J
•H
Quemador
alimentado con
premezcla
Regulador de caudal
•M
Válvula neumática de
Cada uno de los tres últimos compartimientos de la Rame
está equipado de dos quemadores antorcha, colocados cada uno
en la cámara de combustión por donde circula el aire de reci
Gas del piloto
seguridad Kromschróder
Fig. 104. —Esquema de alimentación de aire y de gas
de un quemador de Rame.
clado. La potencia total del equipo térmico de gas es de 360
termias (calculado en P.C.I.).
Cada quemador antorcha está alimentado con premezcla dc
aire y gas, producida en una máquina mezcladora. El quemador
se enciende por un piloto alimentado igualmente con premezcla.
Este piloto lleva un lermopar de detección de llama que actúa
sobre la válvula de mando electromagnético de la válvula neu
mática de seguridad del circuito del quemador (fig. 104).
La válvula motorizada de regulación de mando electromagné
tico está accionada por un galvanómetro indicador y regulador
de temperatura, conectado a un lermopar situado en el conducto
de aire, después del quemado! que, por diferencia -mi una lem-
Aparte dc la regulación de temperatura utilizada en el calen
tamiento mixto vapor y gas, la Rame está equipada de un sis
tema de regulación de la velocidad de paso del tejido, en fun
ción de la humedad residual a la salida, y que funciona incluso
en el caso de calefacción sólo por vapor. El órgano detector es
un psicómetro palpador que mide la resistividad eléctrica del
tejido húmedo actuando sobre un motor de velocidad variable
que permite una variación de paso entre 20 m/mm y 100 m/mm,
con aceleración lenta y desaceleración rápida.
El presecador colocado antes de la «Hot-Flue» permite bajar
la humedad del tejido de 100 a 30 %y tiene una capacidad de
evaporación de 180 kg de agua por hora.
—1
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
336
337
GAS NATURAL
Completamente calentado por gas, el presecador está equi
pado con 56 paneles radiantes. La transmisión de calor se efec
túa en su mayor parte por radiación infrarroja, pero también
en parte por convección del aire caliente y de los productos de
combustión del gas. Estos últimos se evacúan mediante un ven
tilador de extracción.
La velocidad de paso se regula en función de la de paso por
la «Hot-Flue». La regulación de temperatura se hace por «todo o
poco», en función de la medición de temperatura del aire calien
te por termopar, que acciona una válvula de mando electromag
nético sobre un by-pass de la alimentación en gas de los paneles
radiantes.
La llegada del gas está condicionada al funcionamiento del
extractor. Los paneles se encienden por resistencias eléctricas y
• la alimentación de las calderas de la central de vapor;
• la alimentación mixta de la caldera de licor negro;
• la alimentación del generador de gases calientes para el se
cado.
En determinados sistemas de calefacción y secado se utiliza
también el gas en paneles radiantes, con objeto de aumentar la
velocidadde secado de las máquinas de fabricación de papel. Una
instalación de este tipo permite, con una pequeña inversión,
aumentar la producción de una maquinaria muy costosa, incre
mentando consiguientemente su rentabilidad.
Los problemas que presenta el encolado del cartón, así como
el secado de diversos productos con que se recubren ciertos pa
peles para aplicaciones concretas (papel «couché», papeles pin
tados, papel alquitranado, etc.), permiten soluciones muy intere
no llevan detector de llama.
santes con el gas, en especial haciendo uso de la radiación in
frarroja.
5.10. Gas natural en la industria de la madera,
Ejemplos:
papel y cartón
En las factorías de la industria maderera, del papel y del car
tón, la mayor aplicación del gas natural se encuentra en la pro
ducción de vapor. También se emplea para la producción de aire
caliente de secado, por mezcla directa del aire con los productos
de combustión.
Secado continuo de papel pintado
El proceso de fabricación parte del principio de una bobina
de papel que se desarrolla y se somete a dos tratamientos suce
sivos:
En las fábricas importantes de pasta de papel la producción
de vapor se encuentra ligada a la producción de energía eléctrica,
• aplicación de una primera capa, que consiste en depositar una
delgada capa de carga y de cola, variable según la calidad del
papel; el papel se calienta a continuación por dos paneles ra
generando el vapor a alta presión, que es utilizado en turbinas
para producir electricidad y, a continuación, a la salida de las
• aplicación de una segunda capa, siempre sobre la misma cara,
turbinas, se utiliza todo su calor para los procesos térmicos de la
industria. El empleo del gas como combustible, manteniendo un
buen rendimiento térmico, permite reducir las cantidades de
aire de combustión de los humos, con lo que los ventiladores de
aire y aspiradores de tiro resultan de dimensiones más reducidas.
En los aportes caloríficos de las papeleras, tanto para la pre
paración de la pasta como en las máquinas de fabricación de
papel, es decir, en todos los procesos de producción, el gas na
tural encuentra aplicación para:
diantes de gas;
cuyo espesor es regulado por un «cuchillo de aire».
Este dispositivo consiste en una rampa con una delgada ranu
ra del ancho del papel. Una turbina suministra el aire necesario
a la formación del chorro que choca contra la capa aplicada, eli
minando así el excedente del producto.
La segunda capa es una emulsión vinílica o acrílica destina
da a asegurar la protección del papel y su lavabilidad. El papel
así tratado pasa a continuación a una estufa continua, donde se
~~=!
GAS NATURAL
338
APLICACIONES INDUSTRIALES
precalienta, antes de su entrada, por medio de 5 paneles radiantes
de gas, y luego se seca en la estufa mediante la circulación de ga
ses calientes a temperatura del orden de 180 a 200 °C.
La figura 105 representa esquemáticamente el principio de
funcionamiento de la estufa:
339
Dos ventiladores de 11 000 m3/h cada uno, colocados uno en
la parte alta de la estufa y otro en la parte baja sobre el eje
vertical del quemador, aspiran y reciclan en la estufa la mezcla
de aire caliente y de productos de combustión, cuyo reciclado
está regulado manualmente por un registro. Una pantalla de cha
pa asegura el aislamiento térmico entre el paso del papel y la
cámara de combustión. El aire caliente o mezcla se reparte por
medio de unos difusores regulables, colocados uno encima y otro
debajo del papel a tratar. La evacuación de los gases calientes
se realiza por dos chimeneas colocadas igualmente una en la
parte superior y otra en la inferior de la estufa.
El quemador es del tipo «monobloc» de 45 termias/h, y su
encendido se efectúa por un piloto permanente.
El funcionamiento de la estufa es automático. Tres motores,
con variador de velocidad incorporado sincrónico, aseguran la
circulación del papel por la estufa. La regulación de la velocidad
de circulación se efectúa en función de la humedad del papel
a la salida de la estufa, siendo medida por el paso de una corrien
1.
2.
Ventilador.
Termostato.
7.
Toma de extracción gases ca
3.
Quemador lateral
8.
lientes.
Difusores.
4.
Ventilador.
9.
Calorífugo.
te de baja tensión sobre un rodillo palpador qué actúa por in
5.
Extracción gases calientes.
10.
Ventiladores de enfriamiento.
Deflector.
11.
Papel.
Batería dc paneles radiantes.
termedio de un psicrómetro.
6.
12
Fig. 105. — Esquema de funcionamiento de la estufa Sat.
La entrada y salida del papel están situadas en el lado opues
to a la cámara de combustión. La entrada del papel se efectúa
por la parte superior y la salida por la inferior.
La estufa tiene 7 m de longitud útil, y es una estufa de con
vección forzada de doble paso superpuesto, que permite tratar
papeles de 0,60 m de ancho. El chasis es metálico y el cuerpo de
chapa con un calorifugado clásico. El desplazamiento del papel
en la estufa está asegurado por unos rodillos.
El papel se seca por convección forzada, por medio de una
mezcla de aire caliente y productos de combustión de gas pro
ducidos en una cámara de combustión situada en el extremo
opuesto a la entrada.
Si el papel es demasiado seco, los motores se aceleran y la
velocidad de paso del papel aumenta. Por el contrario, si el pa
pel es demasiado húmedo, los motores giran más lentos y la
velocidad de paso del papel disminuye. Además, el operador dis
pone de un medio de regulación de la calefacción por paneles
radiantes que completan la regulación de circulación del papel.
La regulación de la temperatura en la estufa se hace por «todo
o nada», mediante un termostato que limita la temperatura de
la cámara de combustión a 300 °C, como máximo. La seguridad
del funcionamiento del quemador se garantiza por un detector
de llama tipo electrodo de ionización, colocado sobre el piloto
permanente del quemador. El quemador está supeditado al fun
cionamiento de los tres motores de arrastre del papel, de forma
que en casos de eventuales incidentes de fabricación y paro de
los motores de arrastre, se cierra la válvula electromagnética de
entrada de gas al quemador y éste se apaga. La instalación se
completa con un timbre de alarma.
1
340
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
La duración del tratamiento para la impregnación de las dos
capas, en paso continuo, es de 20 s por 14 m de papel tratado.
Esta longitud corresponde al paso ida y vuelta en la estufa por
Las principales ventajas de esta técnica son las siguientes:
•
inversiones inferiores a cualquier otra solución-vapor tribu
taria de una central de vapor;
•
rendimiento térmico elevado y sin pérdidas en el transporte
los paneles radiantes, y no supone más de 25 m/min cuando no se
utilizan los paneles radiantes. Esta estufa permite las siguientes
velocidades de evaporación: 90 l/h, con precalentamiento, y
60 l/h, sin precalentamiento.
341
del fluido;
•
funcionamiento posible a temperaturas más elevadas que con
el vapor;
•
posibilidad de aumento y mayor homogeneidad de la trans
misión de calor respecto a los producios a tratar;
•
control de temperaturas más exacto y posibilidad dc modifi
cación de temperaturas más rápida durante el ciclo;
agrupar como sigue:
•
espacio compacto reducido.
•
Calentamiento directo
•
Calentamiento indirecto
Entre los procesos de calentamiento directo por quemadores
en corriente de aire, podemos señalar:
•
Operaciones térmicas específicas.
5.11.
Gas natural en utilizaciones diversas
Aparte de Jas utilizaciones del gas natural en las distintas
ramas industriales que hemos descrito, el gas natural encuentra
aplicación en una serie de utilizaciones específicas, que podemos
5.11.1.
Calentamiento directo
El calentamiento directo puede consistir en el calentamiento
del aire por combustión de gas en su corriente, obteniendo una
mezcla de aire y productos de combustión a la temperatura
deseada, o en el calentamiento directo, por gas, de líquidos o
a)
Ventilación atemperada de locales industriales
Frecuentemente, los procesos de Fabricación son una fuente
importante de polución del aire en los locales industriales. Este
tipo de contaminación, cuyas posibles causas son múltiples, se
presenta en numerosas actividades de la industria.
En todos los casos, es necesario reemplazar el aire viciado
por otro fresco mediante una ventilación adecuada. En ciertos
de productos (contenidos en hornos sin mullas).
casos, se quiere renovar 10 veces el volumen de los locales por
Debemos señalar especialmente el desarrollo rápido y recien
te de operaciones térmicas fundadas en la técnica de los quema
hora. En la práctica, lo corriente hasta ahora era evacuar el
aire viciado dejando que su renovación se efectuara de modo
dores de gas en corriente de aire.
Los quemadores en vena o corriente de aire deben responder
a ciertos criterios, entre los cuales es necesaria una combustión
natural por los orificios del local, cuyas dimensiones y situación
no fueron previstas para tal función.
La solución racional consiste en prever unos dispositivos que
perfecta completa a cualquier régimen dc marcha, los produc
tos de combustión deben ser compatibles con las no. mas de hi
aseguren la admisión artificial y canalizada de aire fresco. Pues
to que no sería aceptable, en invierno, introducir grandes can
giene en el caso de secado de cintos productos alimenticios v
con las exigencias de seguridad en el caso de ventilación de
lación debe completarse con un sistema dc calentamiento dc
'"cales.
tidades dc aire del exterior a temperaturas muy bajas, la insta
dicho aire hasta una temperatura por lo menos igual a la que
reina en el local.
1
GAS NATURAL
342
El interés del calentamiento directo por gas en vena de aire
radica en que su rendimiento es del 100 %, ya que todo el calor
desprendido en la combustión se encuentra en la mezcla de aire
y productos de combustión. Sin embargo, esta técnica de venti
lación excluye toda posibilidad de reciclaje y, por tanto, como
sistema de calefacción puede resultar costosa. En Estados Uni
dos, Inglaterra y Bélgica existen reglamentaciones al respecto
precisando las proporciones de compuestos nocivos de la com
APLICACIONES INDUSTRIALES
• dispositivo de enclavamiento del encendido del quemador, a
la puesta en servicio del ventilador de la corriente o vena de
aire.
Además de la ventilación de grandes locales industriales, el
procedimiento es indicado para establecer cortinas de aire ca
liente, para renovación de aire en las cabinas de pintura, para
locales comerciales, etc.
La figura 106 representa una instalación de quemador en co
bustión, a fin de no perjudicar la salud de las personas que
ocupan el local que se ventila.
Las ventajas del sistema pueden resumirse como sigue:
•
343
rriente de aire.
Toma de aire
Quemador
Chapas
amovibles
Filtros
economía de combustible de 25 a 40 %,
• reducción del coste de mantenimiento superior al 50 %,
• disminución de 35 a 50 % en la inversión global de la instala
ción,
• mínimo espacio ocupado y rápida puesta en régimen.
La parte esencial del equipo es el quemador, que debe com
prender ciertos dispositivos de seguridad. Sus características de
construcción son especiales, dadas sus condiciones de empleo: en
efecto, deben poder asegurar, a todo régimen de marcha de la
corriente de aire, una llama estable y una combustión completa.
Además, diferentes dispositivos de seguridad, de los que cita
mos a continuación, garantizan y protegen al material y al per
Ventiladores
sonal de las consecuencias de incidentes eventuales de funciona
Registro de aire Parrilla
.
de protección
Fig. 106. —Generador de aire caliente para renovación de aire.
miento:
• detector de llama, a tiempo de respuesta rápida, destinado a
cortar el gas caso de fallo del encendido o de paro imprevisto
de la combustión;
• manostato de presión, destinado a mantener cl caudal de gas
•
b)
Tratamiento de superficies
Las estufas de secado de pintura en marcha continua son
actualmente muy corrientes. La calefacción directa representa,
sobre las instalaciones de calefacción indirecta (aire calentado
entre los límites de seguridad impuestos;
por cambiador de vapor), una economía de combustible que
termostato de máxima sobre la temperatura de la mezcla aire-
puede representar un 45 °/o.
productos de combustión, para evitar todo riesgo de sobre
Además, las nuevas técnicas permiten la eliminación total de
los efluentes por reciclaje de la atmósfera cargada de disolven
tes, con recuperación y utilización en la estufa del calor produ
calentamiento accidental, sea por exceso de gas o por insu
ficiente caudal de aire;
cido en la combustión de aquéllos.
/
T
APLICACIONES INDUSTRIALES
345
GAS NATURAL
344
Otros ejemplos son el secado de la malta, los granos y la al
c) Secado de alimentos, agrícola e industrial
En general, la utilización del secado directo por gas sustituye
al secado indirecto, sea por vapor, sea por combustibles líquidos
a través de un cambiador de calor. Se conciben fácilmente las
ventajas del secado directo en la inversión, el rendimiento y la
agilidad de utilización.
El secado directo por gas en el campo agrícola de la alimen
tación, aunque muy atractivo gracias a las características cons
tantes del gas, no siempre está autorizado sin restricciones en
todos los países.
falfa, así como la torrefacción del café y el secado de embutidos.
En el secado industrial podemos citar el secado de ladrillos
y piezas cerámicas crudas, en donde el quemador se incorpora a
la corriente de los gases y aire procedentes de la combustión en
el horno, con lo que, de esta forma, puede recuperarse su calor.
Debe también señalarse el secado de textiles estampados y del
papel en curso de fabricación.
d)
Incineración dé efluentes
teno, etc.), e incluso para la fabricación de leche en polvo por
Esta aplicación del gas natural, que se extiende rápidamente,
consiste en oxidar completamente y en caliente los efluentes hidrocarburados procedentes, por ejemplo, de los disolventes, para
transformarlos en gas carbónico y vapor de agua, elementos no
atomización en la corriente de aire caliente. Para alcanzar tem
contaminantes.
Este procedimiento encuentra aplicación especialmente para
el secado de la malta, la alfalfa y los granos (maíz, trigo, cen
peraturas de 180 °C a 200 °C, compatibles con las exigencias del
secado por atomización, el vapor, en caso de calefacción indi
recta del aire, debe alcanzar presiones del orden de 14 a 20 ba
rias, como resulta del cuadro adjunto:
aire secado
Temperatura del
vapor (saturado)
100 °C
150 °C
200 °C
250 °C
300 °C
125-150°C
175-200 °C
225- 250 °C
275-300 °C
325-350 °C
Temperatura del
Presión del vapor
(saturado)
1,5-
4 barias
8-15
25-40
»
»
60-86
122 -168
»
»
Ello implica inversiones muy gravosas, tanto más cuanto son
suficientes presiones mucho menos elevadas para las otras nece
sidades térmicas de las instalaciones.
Para esta aplicación es posible obtener economías de un 20 a
un 30% en inversiones para caudales de aire de más dc 30000
kg/h y rendimientos superiores del 20 al 25 %.
Otro ejemplo interesante es el de fabricación de un concen
trado en proteínas a partir de residuos de pescado. A partir de
éstos se prepara un hidrolizado dc proteínas solubles, que se pre
cipitan por atomización.
La incineración se efectúa por combustión directa a 700o800 °C, o bien por combustión catalítica hacia 350°-400 °C. Esta
última depende de la posibilidad de envenenamiento del catali
zador y de su regeneración. El quemador en corriente de aire
permite una homogeneización de temperatura muy rápida al ni
vel del quemador, de forma que la longitud de la cámara de
combustión es menos importante que en otras técnicas, donde
la homogeneización tiene lugar en la cámara.
Para contenidos de oxígeno superiores a 18 % en los efluen
tes, la dilución de los solventes es suficiente para que aquéllos
(a menudo a temperatura de 100°C) puedan servir de combu
rente en la incineración. Para contenidos más bajos, es necesa
rio un aporte suplementario de aire (oxígeno).
Como empleo de incineración de efluentes podemos citar el
caso de las imprentas (offset), de las instalaciones de secado y
cocción de lacas, barnices y pinturas, etc.
e)
Hornos industriales a fuego directo
La solución del horno muflado, que es absolutamente necesa
ria en el caso de combustibles conteniendo impurezas suscepti
bles de alterar la calidad de los productos en curso de tratamien-
D
1
1
GAS NATURAL
346
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
347
to o elaboración, no es necesaria en el caso de combustibles ga
pero obliga igualmente a determinar con precisión el tiempo ne
seosos exentos de azufre.
cesario para completar la operación térmica.
La estructura dc los hornos queda notablemente simplificada
y disminuida la cuantía de las inversiones. El gas permite dismi
nuir sensiblemente la importancia de las cámaras de combus
tión, e incluso eliminarlas completamente repartiendo el caudal
calorífico en múltiples quemadores situados en los lugares más
favorables. Es el caso de los hornos túnel de cocción de cerámica
y de porcelana a fuego directo, equipados de quemadores múlti
ples situados en las paredes y en la bóveda, caso que hemos men
cionado al tratar del gas natural en esa industria.
Se pueden igualmente adoptar quemadores radiantes a alta
temperatura, como los descritos en el capítulo dc los quemado
res intensivos, los cuales aportan la energía calorífica a la carga
del horno por radiación, así como quemadores de gran velocidad
de salida de los productos de combustión o quemadores «jet»,
que activan fuertemente la transmisión de calor por convección.
Otros hornos recurren a técnicas específicas diferentes dc las
utilizadas para otros combustibles, por ejemplo: los hornos dc
fusión en metalurgia, la fabricación de hierro Tundido en hornos
cuba a gas sin coque, la fabricación de cal, la calcinación a fue
go directo, la producción de cromato sódico, cl termofijado y el
secado dc tejidos, etc.
Finalmente, existe en muchos casos la posibilidad dc equipar
los hornos con recuperadores continuos de calor para precalentar
el aire, o éste y el gas; están concebidos especialmente para cl
gas, teniendo en cuenta que sus productos de combustión no son
corrosivos ni cargados de hollín o polvo.
f)
Hornos equipados de quemadores de radiación
Aparte de la radiación del recinto o laboratorio del horno
llevado a altas temperaturas con quemadores de gas, nos referi
mos en este apartado a los equipos de calentamiento especiales,
concebidos para transmitir el calor por radiación a los produc
tos elaborados. El gradiente importante de temperatura permite
alcanzar la temperatura útil de tratamiento muy rápidamente,
En general, este tipo de quemadores se utiliza, sobre todo, en
las líneas de tratamiento continuo. Para procesos de temperatu
ras relativamente bajas (200 a 300°C) existen paneles radiantes
(temperatura de emisión de 300 a 900 °C) que se montan alrede
dor de la cadena de avance de las piezas y se disponen y regulan
en función de éste. En este tipo de hornos se recupera a menudo
el calor de los productos de combustión, que se ponen en con
tacto con las piezas a tratar con objeto de aumentar el rendi
miento global.
Como ejemplo de estas aplicaciones podemos citar el secado
de pinturas sobre metal (muebles metálicos, neveras, industria
del automóvil, etc.) en la industria del papel, en el secado de tin
tas de imprenta, y en el secado de tejidos Ramel). También se
han obtenido muy buenos resultados en el secado de las piezas
de porcelana calibradas, que permiten una cadencia más rápida
de la cadena de cocción. Citemos igualmente el calentamiento
por infrarrojos de cubas para la fabricación de resinas sintéticas,
en donde se calcula un rendimiento térmico doble del obtenido
por medios clásicos dc calentamiento.
Finalmente, ciertos tipos de paneles radiantes de infrarrojos
se utilizan para la calefacción de grandes locales. Este sistema,
que se sale del cuadro de nuestro estudio, es interesante sobre
todo en el caso de locales de altura elevada, mal aislados y mal
cerrados: naves industriales, iglesias, palacios de deportes, etc.
También se utiliza en recintos abiertos al aire libre: terraza de
cafés, campos de deporte, escaparates de tiendas, etc.
g)
Calentamiento de líquidos por combustión sumergida
En la combustión sumergida, los líquidos se calientan por
contacto directo con los productos de combustión generados por
cl quemador, el cual penetra directamente en el líquido.
El intercambio térmico es tan rápido que los productos de
combustión abandonan el líquido por su superficie a la tempe
ratura de este último. Estos productos salen cargados dc los
productos volátiles del líquido. Por el contrario, éste puede di-
r^l
•
j
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
348
349
solver los compuestos solubles (principalmente el anhídrido car
Estas técnicas encuentran aplicación en el calentamiento de
cubas para el estañado, galvanización, revenido en aceite, croma
bónico CO2).
do, decapado, fosfatado, etc.
Los productos de combustión emergen saturados, puesto que
la cantidad de agua de saturación de los productos de combus
tión aumenta con su temperatura. Ello tiene las siguientes con
secuencias:
• a cierta temperatura (55 °C para el gas natural), la cantidad
de agua producida por la combustión equivale a la cantidad
de agua de saturación. El rendimiento respecto al P.C.I. es
del 100%;
9 a temperaturas inferiores, parte del agua producida por la
combustión se condensa en el baño, recuperándose su calor
de vaporización. El rendimiento resulta superior al 100%;
• a temperaturas superiores, se produce el fenómeno contrario.
Hay evaporación de agua del baño para saturar los productos
de combustión y ello de forma creciente con la temperatura,
hasta una temperatura próxima a los 90 °C, para la cual todo
el calor desprendido por los productos de combustión se em
plea en evaporar el agua de saturación. A dicho límite, el
rendimiento en relación al P.C.I. es nulo y no es posible
aumentar la temperatura del líquido, por lo que conviene no
También pueden aplicarse en diversos hornos de marcha
continua que han sido proyectados y construidos especialmente
para utilizar gas en las industrias de alimentación, papel, vi
drio, etc.
Un crisol para la fusión de metales no férreos permite, con
el gas, unas cargas térmicas sensiblemente más elevadas, debido
a que permite una cámara de combustión y unos espacios entre
el crisol y el revestimiento refractario más reducidos. Mejor ren
dimiento térmico y menor rotura de crisoles por golpes de fuego.
Especialmente en cl calentamiento de líquidos pueden em
plearse dos sistemas: el calentamiento por el fondo del tanque o
cuba y el calentamiento por tubos sumergidos, constituyendo el
intercambiador de calor.
a) Calentamiento de líquidos por el fondo de la cuba
En el caso de calentamiento de cubas o marmitas, aun a tem
peraturas elevadas, se utilizarán quemadores sin mezcla de gas
y aire o quemadores con mezcla con proporciones de aire infe
sobrepasar los 80°C si se desea conservar un valor aceptable
riores a los de la mezcla teórica, en los que pueda admitirse en
del mismo.
el hogar el aire secundario tomado de la atmósfera. Estos que
madores podrán ser uno o varios con formación de numerosas
Los quemadores de combustión sumergida, de los que existen
numerosos modelos y dc los que hemos representado un tipo
en la figura 73, se utilizan para el calentamiento de baños de
decapado, para la concentración de soluciones, calentamiento
de piscinas y de grandes cantidades de agua, producción de
atmósferas saturadas de agua, regulación de reacciones quími
doméstica) completamente adaptados a la forma dc cada tan
que o cuba. De esta forma se elimina la necesidad de un hogar
revestido de paredes refractarias, como en el caso dc empleo dc
comestibles sólidos o líquidos.
En la figura 107 representamos una cuba calentada por el
cas, etc.
5.11.2.
pequeñas llamas verticales (como en las calderas de calefacción
Calentamiento indirecto
En las operaciones térmicas que no ponen en contacto los
productos de combustión con los productos fabricados, ciertas
técnicas son comunes a diferentes combustibles; sin embargo,
por otra parte, han nacido nuevas técnicas, derivadas desde su
origen únicamente para los combustibles gaseosos.
fondo, mediante un reparto uniforme de pequeñas llamas, elimi
nando el peligro de sobrecalentamiento local, en la que el tiro
se produce por la suficiente altura de la cuba, y el aire secundario
necesario a la combustión se admite por una serie de orificios
repartidos bajo la parte inferior del hogar. Los productos de la
combustión circulan por el interior de una doble pared rodean
do la cuba y se escapan a la atmósfera sea por orificios practica-
r^^j
r~j
350
GAS NATURAL
APLICACIONES INDUSTRIALES
dos en la parte superior de la doble pared junto con los vapores,
captados todos por una campana, sea por una chimenea metáli
ca que los expulsa al exterior. Unos nervios soldados en el fondo
y en las paredes verticales de la cuba aumentan los intercam
bios de calor. La doble pared debe estar calorifugada en sus ca
ras exteriores.
351
lateral de la cuba y evitar éste por debajo del nivel máximo
susceptible de alcanzar la costra. Los baños de fosfatación pre
sentan un problema análogo. Los quemadores deberán pues co
locarse repartidos a lo largo de las paredes de la cuba.
b)
Calentamiento de líquidos por tubos sumergidos
Esta técnica, similar a la de los serpentines de vapor y de
resistencias eléctricas sumergidas, en la que la fuente de calor
está colocada en el seno del líquido a calentar, obtiene rendimien
tos térmicos del orden de 70 a 80 %, muy superiores a los de ca
lentamiento por el fondo, del orden de 45 a 55 %.
Se trata de un sistema de calentamiento interno indirecto,
diferente a la combustión sumergida de calentamiento directo,
puesto que no hay contacto entre los productos de combustión
s=sl
Calorífugo
o la llama y el medio a calentar. Los productos de combustión
del quemador circulan a través de un tubo sumergido en la cuba,
y salen al exterior por el mismo tubo. En lo que concierne a la
forma y emplazamiento del tubo, así como al tipo de quemador,
pueden adoptarse distintas disposiciones. Lo mismo puede de
cirse del tiro natural o indirecto de los productos de combustión.
Las características que debe satisfacer un tubo sumergido son
las siguientes:
•
A X
A
A
A X
'l
Aire
Secundario
potencia térmica importante para permitir una puesta en ré
gimen de temperatura rápida. Según el tipo de quemador ele
gido, la densidad del flujo térmico referida a la superficie
interna del tubo va desde 20 a 30 termias/h/m2;
Fig. 107. —Cuba calentada por el fondo.
• espacio ocupado reducido, lo que obliga a trabajar a tasas
dc transmisión tan elevadas como sea posible;
La transmisión del ílujo de calor por el fondo del recipiente
puede no ser conveniente en según qué operaciones. Así, el zinc
• facilidad dc montaje. Se pueden utilizar tubos que atraviesan
las paredes de la cuba o, en caso principalmente de cubas no
metálicas, tubos apoyados sobre las paredes sin que atravie
fundido utilizado para galvanizar, ataca al hierro (aun el ARMCO),
sen las mismas.
sobre todo entre 420° y 480 °C, formando una costra o escoria
En la transmisión de calor por mediación de tubos sumergi
(zinc duro) conteniendo 95 % de zinc y 5 % de hierro que se
adhiere al fondo del baño, constituyendo un obstáculo para la
transmisión del calor. Conviene pues efectuar el calentamiento
dos en el baño, se obtiene una utilización más racional del calor.
El empleo de tubuladuras sumergidas permite utilizar quema
dores de todas clases para producir cualquier temperatura. Es-
1
1
352
r****!
-J
r—1
GAS NATURAL
tos tubos pueden adoptar la forma más conveniente al recipien
te o cuba conteniendo el baño a calentar. En la figura 71 del
apartado 4.7.5 del capítulo de quemadores hemos represen
tado varias soluciones de calentamiento de baños por tubos su
mergidos. La elección de una u otra dependería del problema a
resolver: movimiento y circulación de las piezas a tratar, riesgos
de choques, deformación de tubos, depósitos en el fondo de las
cubas, etc.
APLICACIONES INDUSTRIALES
353
tiro forzado, para facilitar la admisión de aire secundario. La
densidad del flujo térmico es del orden de 20 termias/h/m2.
Los quemadores de aire a presión, aire inductor/gas disten
dido, o aire y gas a presión sin mezcla previa, permiten alcanzar
e incluso sobrepasar una densidad de flujo térmico de 30 ter
mias/h/m2.
varias veces en el circuito. La evacuación de los excedentes se
Estos quemadores pueden montarse herméticos con el tubo,
lo que permite a este tipo de instalación responder a las condi
ciones más exigentes bajo el punto de vista de la seguridad. En
este caso, el quemador está equipado de un dispositivo de encen
dido automático por chispa a alta tensión y de un sistema de
efectúa al exterior por un tramo también sumergido.
control de llama.
En la figura 108 presentamos un esquema de calentamiento
de baños por tubo sumergido formando bucle, de forma que
una parte de los productos de la combustión pueda reciclarse
El tubo sumergido funciona en presión y el conducto de eva
cuación puede prolongarse estanco hasta el exterior del local o
instalarse sobre la cuba.
Fig. 108.— Cuba calentada por tubo sumergido en bucle.
La ventaja de esa disposición es la mejora del rendimiento
térmico, debido a que el reciclado aumenta el volumen de los
gases en circulación, y por tanto su velocidad en beneficio de la
Con el empleo de quemadores de alta velocidad o «jet» se
han conseguido elevadas tasas de transferencia térmica, entre
40 y 200 termias/h, con tubos de diámetros mucho más peque
ños (25-50 mm), con lo que se consigue, además, un considerable
incremento del espacio útil de la cuba.
5.11.3.
Operaciones térmicas específicas del gas
Se trata de operaciones térmicas concebidas para ser realiza
mejora de transmisión de calor, con una temperatura inferior
das con combustibles gaseosos y que no son posibles con otros
en la combustión que favorece la buena conservación del inter
combustibles.
cambiador. La forma de los tubos puede ser cualquiera, así como
su emplazamiento en el baño el más conveniente, por lo que su
En el capítulo II (Consideraciones sobre el empleo de gas
natural) ya hemos definido lo que se entiende por «usos especí
ficos del gas», y hemos detallado la serie de operaciones térmicas
en las cuales el gas es insustituible o debe tener prioridad. Repe
empleo tiende a generalizarse.
Respecto a los quemadores, se pueden utilizar, según los ca
sos, quemadores atmosféricos o quemadores con aire a presión,
timos aquí las técnicas basadas en la utilización directa de la
que se montan sobre un extremo del tubo. Los quemadores dc
llama de gas. Estas son:
antorcha de inducción atmosférica pueden utilizarse teniendo en
•
cuenta que sus características de construcción y la presión de
utilización permitan cl arrastre dc la totalidad del aire estequiométrico. Con el gas natural, ello obliga a utilizar presiones del
orden dc 1 bar o poner el tubo en depresión, por ejemplo por
Calentamiento directo a la llama de matrices y moldes de fun
dición.
•
Esterilización a la llama de conservas de champiñones en lata,
en sustitución del tratamiento clásico en marmita de vapor
(autoclaves).
1
•—1
r~l
m
1
GAS NATURAL
354
•
1
Calentamiento rápido por medio de quemadores llamados de
chorro o «jet» de piezas metálicas. Estos quemadores, provis
tos de cámara de combustión incorporada, expulsan los pro
ductos de combustión a gran velocidad sobre las piezas a
tratar, de forma que aceleran enormemente la transmisión
1
?<****§
APLICACIONES INDUSTRIALES
355
periódicamente se evitan generalmente desarreglos accidentales
costosos y generadores de paros prolongados. El mantenimiento
se admite como cosa normal en toda clase de máquinas, pero
en los equipos térmicos parece que a veces se considera como
un lujo.
de calor.
•
Temple superficial por calentamiento dilecto de piezas melálicas al soplete.
•
Fabricación de piezas de vidrio por medio de sopletes.
•
Flameado y chamuscado de tejidos, torcidos, etc.
•
Soldadura de plásticos.
•
Oxicorte, soplete de orfebrería.
El quemador y todo el equipo de calentamiento con sus órga
nos de regulación y de seguridad deben merecer especial aten
ción.
Resulta de gran utilidad para los industriales disponer de las
instrucciones de los constructvres de equipos térmicos, para la
explotación, mantenimiento y reparación de sus aparatos, así
como una lista de las piezas de recambio que sea conveniente te
ner en stock.
Una buena práctica en el control y el mantenimiento de los
5.12.
Recomendaciones para el control y mantenimiento
de equipos térmicos industriales utilizando gas
El control y el mantenimiento de los equipos térmicos es muy
conveniente y normalmente resulta sencillo.
El «control» tiene por objeto comprobar cl funcionamiento
y las condiciones de marcha de las instalaciones. El «manteni
miento» tiene por objeto conservar o volver a poner en buen es
tado los equipos. Caso de desarreglos o averías, la «reparación»
tiene por objeto la sustitución o reparación de las piezas o ele
mentos defectuosos, con objeto de volver a colocar la instalación
en funcionamiento normal.
El mantenimiento consiste en una serie de operaciones que
hay que prever de manera periódica: limpieza, control, compro
baciones, ensayos, mediciones y sustitución normal de piezas
gastadas (lámparas, por ejemplo) en vistas al funcionamiento
conecto de los equipos.
La reparación es una operación ele carácter ae< id nial v pue
de pre.senlar.se de improviso.
El mantenimiento tiene carácter preventivo, y en gran medida
el buen mantenimiento suprime la reparación. Si aotr.'l se realiza
hornos, calderas y demás equipos térmicos, consiste en asegurar
que se cumplen las condiciones de explotación que se esta
blecieron para su funcionamiento, cuyos puntos principales son:
• capacidad de producción,
• calidad de los productos,
• rendimiento térmico,
• seguridad de funcionamiento,
• higiene de las condiciones de trabajo,
lo que implica la precisión y regulación de la combustión.
Las causas de posibles desarreglos son múltiples:
• las derivadas de las condiciones de marcha de los quemado
res, mecanismos, etc.,
• la obstrucción de filtros, cámaras de combustión, conductos,
galerías de humos, etc.,
• las corrosiones químicas, las contracciones térmicas, los des
gastes mecánicos,
• el envejecimiento de las membranas de los contadores, regu
ladores de presión, etc.
*|
"1
1
r~f
APLICACIONES INDUSTRIALES
GAS NATURAL
356
~^f
357
Es fácil establecer criterios sobre los elementos que hay que
Estas observaciones, enunciadas en forma negativa, podrían
controlar y cómo debe hacerse su mantenimiento, excepto en lo
hacer creer en una dificultad excepcional en el control y mante
nimiento de los equipos térmicos de gas. Pero significan, sola
mente, que deben evitarse los errores procedentes de interven
que se refiere a la combustión.
No hay regla general aplicable a cómo debe realizarse la com
bustión en los equipos térmicos.
Debido a que el contenido de calor en productos de combus
tión es mínimo para una temperatura determinada, cuando la
ciones mal preparadas, fundadas en referencias insuficientes con
respecto al normal funcionamiento de los equipos.
sirvan para buscar cl mejor funcionamiento de un aparato u
Exponemos a continuación las recomendaciones establecidas
por la «Comisión de las Utilizaciones» de la Association Technique de l'Industrie du Gaz (A.T.G.) de Francia, con motivo de
su 92.° Congreso. Dicho documento consta de tres partes:
horno existente.
•
combustión se realiza estequiométricamente, es decir, sin exceso
ni falta de aire, no se obtienen datos de aplicación general que
En efecto, la composición de los productos de combustión
puede depender de los efectos químicos particulares que se de
seen obtener sobre los productos a tratar (metales, productos
cerámicos, decorados, colores, etc.) o corresponder a niveles de
temperatura impuestos por los procesos, o resultar de los efec
tos de dilución por aportaciones adicionales de aire resultantes
de la concepción de los equipos.
De la misma manera, la naturaleza de las llamas, unida a la
intensidad mayor o menor de la combustión, es función de las
transferencias de calor deseadas, progresivas o localizadas.
En general, todo cl control de la combustión debe referirse
a las condiciones particulares propias del equipo examinado, tal
como el constructor lo lia previsto y tal como la práctica de la
explotación industrial lo ha confirmado o ha hecho variar volun
tariamente. Cualquier regulación de la combustión que tenga por
efecto cambiar la composición dc los productos de combustión
en contacto con las cargas tratadas, los soportes de carga o las
paredes de los intercambiadores de calor, no debe realizarse si
no es con la seguridad dc que la modificación de la composición
es compatible con la calidad de los tratamientos y el comporta
miento de los materiales.
Igualmente, las regulaciones que tienen por efecto cambiar la
marcha de la combustión, su intensidad, la forma de las lla
mas, etc. no deben realizarse si no se tiene la certeza de que las
condiciones de los intercambios térmicos con la carga y los ma
teriales se mantienen rigurosamente o se mejoran.
5.12.1
Primera parte: control y mantenimiento corriente de
los principales elementos de los equipos térmicos de
gas.
®
5.12.2
Segunda parte: reparaciones, casos de avería.
•
5.12.3
Tercera parte: medios corrientes de control.
5.12.1.
Control y mantenimiento de los equipos térmicos
de gas
Se presenta bajo la forma de unos cuadros correspondientes
a cada uno de los elementos componentes de los equipos:
En la primera columna se detalla el componente objeto del
mantenimiento. En la segunda columna se establecen los con
troles que deben hacerse sobre el componente.
En la tercera columna se detallan los medios utilizados para
establecer los controles anteriores.
En la cuarta columna se hace referencia a la periodicidad dc
los controles.
En la quinta columna se detallan las anomalías eventuales
que pueden haberse descubierto con los controles.
Finalmente, en la sexta columna se incluyen las operaciones
de mantenimiento que deben efectuarse, para conservar en buen
estado los aparatos o para volver a colocarlos en buen funcio
namiento.
tmM
AUMENTACIÓN DE FLUIDOS
Periodicidad
Elemento
Control
Medio
Canalizaciones
Estanquidad
Puesta en presión 1 año
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Fuga
manómetro
Agua jabonosa
Caudalímetro
Manómetro
1 año
Válvula o gri- Estanquidad
Puesta en presión 1 año
manómetro
ción de caudal
Falta de caudal
Falta de presión
Localización de la obstrucción
(£Ü
(pérdida de carga) y limpieza
o reparación
fo de regula-
externa
paración (elemento de calización, junta, soldadura, racor,
etc.)
Helio
Paso libre
Localización de la fuga y re
Fuga
Sustitución de juntas o pren
sa-estopa
Agua jabonosa
Heüo
Estanquidad
1 añc
Manómetro
Fuga
interna
Libre funcionamiento de los ór
Sustitución de juntas y «clapets» internos o sustitución
del elemento
1 año
Manual
Imposibilidad de Desatascamiento o sustitución
maniobra
del elemento
Fuga
Sustitución de las juntas
ganos
Filtro
Estanquidad
Puesta en presión 1 año
externa
manómetro
Agua jabonosa
Obstrucción
Colmatación
Visual
Manómetro
Filtro gas:
Pérdida de presión Limpieza o sustitución
J
1 año
Filtro aire:
según situación
tomi
AUMENTACIÓN DE FLUIDOS
Elemento
Control
Medio
Reguladores de Presión de salida Manómetro
Periodicidad Anomalía eventual Operación de mantenimiento
6 meses
Perturbación de la Regular
presión de salida
presión
1 año
Regulación defec- Sustitución
Estado de la
membrana
Visual
Estanquidad
Manómetro
1 año
Fuga
Agua jabonosa
1 año
Fuga
Manómetro
1 año
Regulación defec- Limpieza de los órganos de
tuosa
Estanquidad
Limpieza o sustitución del
«clapet» y asiento
interna
Sustitución de las juntas
J
externa
Libre funcionamiento de los ór
tuosa
regulación
Vil
ganos
Mezclador de
Composición de la Analizador de gas 1 mes
aire y gas
mezcla
Combustión defec- Limpieza y regulación del meztuosa
clador a partir del análisis de
la mezcla aire-gas y de los
productos de combustión
Ventilador
Obstrución del fil- Visual
Según atmósfe- Disminución de la Limpieza
tro o de la parri- Manómetro
Ua de aspiración Caudalímetro
ra ambiente
presión
Estado de las- pa- Manómetro
1 año
Disminución de la Limpieza en caso de obstrucpresion
ción
las
Caudalímetro
Velocidad de rota- Cuenta
ción
"
velocidades
iaÉ
Sustitución si es necesaria
1 año
Disminución de la Comprobar la tensión de las
presión
concas
Comprobar la conexión eléc
trica
Comprobar los rodamientos
HÉÉ
jfcfcffi
jáálfól
QUEMADORES Y ELEMENTOS DE CALDEO Y SUS ACCESORIOS
Elemento
Control
Medio
Periodicidad
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Visual
Según utilización
Puesta en seguri- Cambio de tubo
dad, fuga de agua,
obturación por el
tgi
Tubo
inmergí- Estanquidad
do
agua.
laüll
Limpieza interior
Visual
Según utiliza-
Pérdida de poten- Limpieza
ción
cia
Retroceso de Ha- Regulación del quemador
mas
llgj'l
EQUIPO DE REGULACIÓN
Captador de
temperatura
Verificación-conVisual
3 a 6 meses
traste del capta- Comparación con
dor
aparatos patrón
el
elemento
defec-
tuoso
Regulación
Estado de la fun
da
Deterioro del cap- Cambiar
tador
defectuosa
de protección
del caDtador
I4§!
Captador de
Paso libre de los Manómetro
Según utiliza-
Regulación
presión
conductos del cap-
ción
defectuosa
3 a 6 meses
Combustión defec- Regulación de las bielas
Limpieza de los conductos del
captador
tador
Servomotor
Regulación de las
Manómetro o
bielas de acciona-
Analizador
tuosa a ciertos re
miento de las vál
vulas
gímenes
Tiempo de res
Visual
puesta
Cronómetro
3 a 6 meses
Tiempo de res-
ImÁ
Ajuste
puesta demasiado
largo o demasiado
Mi
corto
tí»
EQUIPO DE REGULACIÓN
Elemento
Válvula
Control
Medio
Periodicidad Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Libre funciona- Manómetro
miento y eficacia Manual
3 a 6 meses
Defecto de regula- Desatascado, desbloqueado,
ción y (o) de com- limpieza, reparación
tsü
bustión
Electroválvula
Estanquidad
Manómetro
3 a 6 meses
Fuga
interna
Regulador de
Limpieza de las
Limpieza o sustitución del ele
mento defectuoso
Manómetro
presión
tomas de presión
Registro de
Libre funciona-
evacuación de
miento y eficacia Manual
3 a 6 meses
Regulación
Limpieza (ver alimentación de
defectuosa
fluidos)
ni!
Visual
3 a 6 meses
Sobrepresión o
Ajuste
depresión anor
humos
mal
EQUIPO DE SEGURIDAD
Electrodo de
Desgaste
ionización
Control de la co- 1 mes
Señal de detección Sustitución
rriente de ioniza
en ausencia de la
llama
ción por un microamperímetro
Puesta en seguri
dad intempestiva
I'¡¿lili
Posición
1 mes
ídem.
Colocación
en
posición co
rrecta
Limpieza
Célula
Desgaste
Visual
1 mes
Control de la co- 1 mes
rriente por ampe
rímetro o minivoltímetro
ídem.
Limpiarlo
Señal de detección Sustitución
en ausencia de la
llama
Puesta en seguri
dad intempestiva
i¡íM
mn
EQUIPO DE SEGURIDAD
•J1U0
mopar
Control
Medio
Limpieza
Visual
Periodicidad
Según atmós
Suciedad disminu- Limpieza
fera
yendo la eficacia
Situación
.•jvaivula
Estanquidad
|gg
ción con aparato
Mala señal, segu- Sustitución
ridad no asegura
patrón
da
Desgaste o enveje- Visual o compara- 1 mes
cimiento
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
Visual
1 mes
Manómetro
3 meses
posición
co-
ridad incompleta
Mala señal, segu- Colocación
rrecta
en
Fuga
Sustitución del claoet o
del
elemento
Buen funciona-
Puesta en seguri- 3 meses
Órgano defectuoso Sustitución inmediata
miento
dad voluntaria
o fallo en la eje
cución de la orden
mostato
Eficacia
Ensayo de sobre- 3 meses
pasar la tempera
tura de consigna
Eficacia
Ensayo de varia- 3 meses
ción de presión de
;udor
ostato
Fallo de corte
Sustitución
Obstrucción de
Limpieza de las tomas de pre-
las tomas, meca-
sión
nismo y (o) con- Sustitución de los contactos
consigna
tacto eléctrico de
fectuoso
Reculación
Respuesta inade-
Manómetro
Nueva regulación
cuada
i rotador de
Eficacia
Visual (posición)
¡ción, rope-
medida eléctrica
>r, final
(señal)
de
3 meses
Señal defectuosa
Colocación en estado correcto
Sustitución
rera
EQUIPO DE SEGURIDAD
'¿lamento
Control
Medio
íario de
Temporización
Visual
Cronómetro
ido (pro
Periodicidad
Anomalía eventual Operación de mantenimiento
3 meses
Secuencias dema- Colocación en estado correcto
siado largas o de- Sustitución
masiado cortas
bador de
jndido)
HORNO
eda solera
Estado del refrac
tario
Examen visual
Según estado
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
completo
máx. 1 año
desplazadas o re- reparación
jra Solera
móvil
IB8
formadas
•> derechos
Estado del refractario
Examen visual
completo
Según estado
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
desplazadas o
reparación
agrietadas
Vagoneta
Estado del refrac
Piezas refractarias Colocación en estado correcto
Visual
desplazadas o
tario
reparación
agrietadas
.a
na, agua,
Estado y eficacia Examen visual
completo
de la junta
Según estado
máx. 1 año
anto)
ductos
Paso libre de los
.rías
humos
junto
Visual
manómetro
Según estado
6 meses
Fugas anormales
Reposición de la junta
t¡p8
Reconstrucción de las paredes
ktmsi
Pérdidas de calor
Pérdidas de ren
dimiento
Sobre presión
Estanquidad de
Examen visual
las mirillas
completo
Entrada de aire, Colocación en estado correcto
salida de humos Sustitución de las mirillas
Temperatura
Visual pirómetro 3 meses
Temperatura de-
de referencia
Colocación en estado correcto
masiado elevada o sustitución de los pirómedebido a una me- tros fijos
dición fija defec
tuosa
r^
1
APLICACIONES INDUSTRIALES
5.12.2.
367
Reparaciones, caso de averías
co
O
i
Acabamos de pasar revista a los elementos componentes de
los equipos térmicos que han de ser objeto de operaciones co
rrientes de control y mantenimiento. También se han señalado
las anomalías eventuales propias de cada uno de ellos.
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S
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O
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3
o
co
S
3
En el caso en que una de esas anomalías se identifique con la
causa de una avería, la reparación de ésta es idéntica a la ope
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ración de mantenimiento.
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cu-C cu „P
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W SQ a-a
H «73
tju-i o
,« cu t- o
W coZ.7373 >
O
a) to co
Sin embargo, puede suceder que la causa de una avería no sea
inmediatamente identificable, y que la búsqueda de esa causa ne
cesite una encuesta metódica que puede conducirse siguiendo las
indicaciones contenidas en esta segunda parte.
No debe olvidarse que la investigación de las causas de una
avería se facilita grandemente cuando la instalación está provista
de un cuadro de señalización de defectos.
En esta parte, las averías posibles de los equipos térmicos se
ce
CU H
O
BU
X
reparten en tres fases cíe funcionamiento:
tV)
.2 73
«
73
u
•tí cl
."2 6
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U* 73 a
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c
tJJ
73
Cd
73
2,«>
~ 3 i-*
, « « C fe
Averías dc encendido
5.12.2.2.
Defectos que afectan a la producción
5.12.2.3.
Paros intempestivos
Al igual que anteriormente, se presenta en forma de cuadros.
En la primera columna se designa el elemento componente o la
característica del equipo. En la segunda columna se enumeran
2.2
73 co
ed c3
5.12.2.1.
"3
cr
B
CJ
+->
las causas posibles de la avería. En la tercera columna se indica
la operación a efectuar para la reparación y, finalmente, en la
quinta columna se señalan las precauciones eventuales que de
ben tomarse.
co
W
Antes de emprender una reparación hay que asegurarse de
que la avería es efectiva y no aparente. Si para la reparación
tiene que eliminarse la acción de un órgano de seguridad o de
mando, esta eliminación no debe conservarse más que el tiempo
estrictamente indispensable.
fí'2^3
í*
5.12.2.1.
a)
Averias de encendido de los quemadores
Falta dc alimentación de aire
Componente o
característica
Ventilador de aire
Operación
Causa posible
Falta
de
Medios
Precauciones
alimentación Restablecer la alimenta- Voltímetro
eléctrica del motor
ción comprobando los
circuitos.
Motor quemado
Sustitución
Cortar la corriente.
Rotación invertida
Invertir los hilos
Cortar la corriente.
Rotura o deslizamiento Sustituir
o
tensar
Cortar la corriente.
las
de las correas de trans- correas
misión
iaóM
Rotura de cojinete
agarrotamiento
o Sustitución o engrase
Cortar la corriente.
Válvulas de seguridad Colocar las válvulas y
gas o registros de aire registros en posición cocontrolando el arranque rrecta
en falsa posición
Temporizador de arran- Regular los relés, sus- Cronómetro
que después de paro de- titüir o temporizar pro-
Si
temporizado
provi
sionalmente, colocar un
sajustado o deteriorado visionalmente
cartel señalando el nue
vo tiempo.
Registro de aire
Agarrotamiento de los Desbloquear, engrasar
mecanismos
bra
de
ViÉÜ
manio
Rotura de un mecanis- Repasar
fttftty
mo de maniobra
Defecto del sistema eléc- Repasar
trico, hidráulico o neu
mático
Precauciones
Componente o
característica
Operación
Causa posible
t'fiti
Medios
Caudal o presión de aire El ventilador no gira o Ver las causas posibles
con ruido anormal
ta¿g
anteriores de ventilador
Registros de aire que no Ver las causas posibles
pueden maniobrarse
de registros de aire
Registros de visita abier- Cerrar los registros
tos
Detectores de caudal o Regular, sustituir o fi- Manómetro
de presión de aire desa- jarlos provisionalmente
rreglados
o
deteriora
Si fijados provisional
mente, colocar cartel
advirtiéndolo
^p
dos
Filtro de aire o tela me- Limpiar
tálica de protección obs
truida
Parar el ventilador
i*¿
Conducto, tubería, jun- Repasar
ta o recuperador aguje
reado
Conductos de humos o Desobstruir, limpiar
recuperador obstruido
Entrada de aire nuevo Abrir, desobstruir,
insuficiente, en el local agrandar
o taller
tyi
b) Defecto de alimentación de gas
Componente o
característica
Operación
Causa posible
Medios
Precauciones
LjjiaÉi
Caudal o presión de gas Válvulas manuales ce- Abrir las válvulas
iradas
Ifili
Válvulas
de
purga
o Cerrar las válvulas
eventuales abiertas
Si maniobradas a mano,
Válvulas de mando eléc- Comprobar la alimentatrico o neumático per- ción maniobradas a ma-
aislar el gas en el que
maneciendo cerradas
mador
no o sustituirlas
Lyj
Aislar el gas (eventualmente: purga en nitró
Filtros de gas obstruí- Limpiar
dos
geno)
Detector de caudal o de Regular, sustituir o inu- Manómetro
presión desarreglado o tilizar provisionalmente
estropeado
Regulador fuera de ser
t^j
Si inutilizar provisional
mente, colocar pancarta
advirtiéndolo
vicio
de
presión Válvula de toma de im-
Je encendido
Regulador
pulsión cerrada o toma
Aislar el gas
obstruida
Membrana de regulación Sustituir membrana
estropeada o perforada
Aislar el gas
Asiento del «clapet» obs- Desmontar el regulador
truido
y examinarlo o susti
Aislar el
tas
tuirlo
c)
gas, rehacer
cuidadosamente las jun
Defecto de barrido
Se designa por «barrido» la operación que consiste en venti
lar las cámaras de combustión o los recintos calentados directa
mente con gas mediante aire fresco, con objeto de evacuar los
gases que se hubieran podido acumular durante el paro de los
quemadores.
iigi
Componente o
característica
Operación
Causa posible
Medios
Precauciones
Si inutilizado, señalarlo
Componentes eléctricos Relés temporizadores o Identificar el relé, reemde mando deteriorados plazar o inutilizar
con pancarta
(tjjaij
Cortar los bornes y sus
Cables deteriorados
tituir cables
Otros componentes
Presión o caudal de aire
ver a)
Manómetro
iffifl
insuficiente
Presión de gas incorrec-
ver a)
ta, insuficiente o exce- Restablecer valores norsiva
males
Presión del vapor o tem- Bajar presión o enfriar
peratura excesiva o ni
vel de agua (calderas)
insuficiente o excesivo
Falta de fluido motor Restablecer la presión Manómetro
(aire
comprimido
iffit»
de de aire comprimido
mando de válvulas)
Válvulas
manuales
de Cerrar las válvulas con
Aislar (cerrar) el gas
posición controlada en troladas
posición incorrecta
más arriba
Válvula de seguridad de Comprobar válvulas de
posición controlada en seguridad: sustituirlas
posición incorrecta
Aislar (cerrar) el gas
Registros de aire o de Maniobrar los registros
humo en posición inco
rrecta
más arriba
ItfÉ
d) Defectos de los sistemas eléctricos de seguridad
Componente o
característica
Causa posible
Operación
Prebarrido
Componentes eléctricos
Chispa de encendido
Transformador
de
Medios
Precauciones
ver a)
en- Restablecer la conexión Voltímetro
Cortar la corriente an
tes de intervenir
cendido desconectado o sustituir
quemado
Arcos parásitos sobre el Observar las chispas, Voltímetro
circuito alta tensión
piar (polvo), secar (hu
j
Cortar la corriente antes
de intervenir
medad), sustituir cables
o aisladores
Válvulas de gas o regis- Colocar válvulas y regis
tros de aire controlando tros en posición correcel encendido en posición ta
incorrecta
Detector de llama
J
Enclavado por detec- Observar por la mirilla Controlador eléctrico
ción parásita (células) suprimir la llama para- universal
sita. Sustituir
Enclavado por corrien- Comprobar blindaje
tes
parásitas
(electro- eléctrico.
dos)
Cambiar
Cortar corriente, antes
ca-
de intervenir
bles
Tubo de visión de célu- Limpiar. Colocar en po- Visual
la sucio o fuera de lí- sición correcta
nea o electrodo de ioni
zación desplazado
En corto circuito por Secar, limpiar, comprohumedad o polvo
bar que el aire de barri
do está limpio, filtrado
o sin aceite
Tensión
de alimenta- Restablecer la tensión Voltímetro
ción insuficiente
j
correcta
(Jg
J
Componente o
característica
Causa vosible
Operación
Precauciones
Medios
(n¡¡jI!
Ensartado deficiente del Taponar, ensartar
«coffret» o de la célula
Señal de detección
insuficiente
Comprobar tubo de vi- Controlador
universal,
sión o posición de elec- utilizar una llama o sitrodo, observar la Ua- mulador eléctrico
ma, comprobar los cir
cuitos eléctricos. Susti
tuir los aparatos
Tempertura de los apa- Aumentar el caudal de Comprobar con el toque
ratos demasiado eleva- aire de refrigeración, de la mano
da
Colocar una pantalla
térmica
•t^
titiüijijl
5.12.2.2. Defectos que afectan a la producción
a)
TuM*
Defecto de rendimiento
*tmá.
El rendimiento considerado es el rendimiento térmico igual
al cociente del calor útil por el calor contenido en el combus
tible.
Componente o
Rendimiento
de
Operación
Causa posible
característica
Medios
Mi».
Dejar enfriar. Seguir las
com- Mal estado del quema- Separar
bustión
Precauciones
instrucciones para repa
rar y montar correcta
dor
mente
Posición aire-gas inco- Restablecer
rrecta
~
proporcio- Análisis de humos
nes, comprobar la ali
No enviar aire a los in
quemados
mentación de fluidos
Temperatura aire o gas Limpiar los cambiado-
Aislar el gas. Dejar en
incorrecta
friar
"
res de calor, revisar con
ductos y galerías
feia^
Defecto de tiro o circu- Desobstruir, reparar
Aislar el gas. Dejar en
lación de humos inco- conductos y recuperado-
friar
rrecta. Recuperadores
res
obstruidos o agrietados
(gg¿!
tgg|)
Componente o
característica
Causa posible
Operación
Rendimiento del inter- Mal estado del recinto Reparar paredes refraccambio de calor
térmico
tarias o metálicas
Medios
Precauciones
Seguir los planos e ins
trucciones del construc
tor, para reparar o mon
Incrustación de las su- Limpiar
tar
perficies de intercambio
elementos defectuosos
correctamente
los
¿•i¿¿M¡
Cortocircuitos de los hu- Reparar
mos
Entradas de aire parási- Calafatear
tas
Mala disposición de la Restablecer
carga
Mala alimentación del Restablecer
fluido a calentar (calde
ras, generadores de aire
caliente)
Fugas de agua en el re- Reparar
cinto
Mal aislamiento térmico Reparar
No
provocar
sobreca
lentamientos locales
Ca¿£
b)
Defecto de potencia útil
Componente o
característica
Causa posible
Operación
Potencia del quemador Mal rendimiento de
Medios
Precauciones
Ver: a) de 5.122.1
combustión
Limitación del
caudal Ver: a) y b) 5.122.1
de aire o de gas
Potencia de los inter- Mal rendimiento del in- Ver: a) de 5.122.2
cambios o transmisio- tercambio o de la transnes de calor
misión de calor
Limitación de la poten- Ver anteriores
cia del quemador
Limitación del
<sg
caudal Ver a) de 5.1222
de humos
\m!i
Limitación de la alimen- Ver a) de 5.1222
tación de los productos
o fluidos a calentar
4—
I'KJJJWI
5.12.2.3. Paros intempestivos
a)
Hajff
Defectos eléctricos
Componente o
característica
Alimentación eléctrica
Causa nosible
Operación
Medios
Microrruptura o tensión Investigar
Precauciones
Relés testigcr
eventualmente
insuficiente
Detector de llama
Señal de detección even- Regular las llamas
Controlador eléctrico
universal
tualmente insuficiente
Leer
to
Relés eléctricos
Relé averiado
Sustituir o eliminar pro- Voltímetro
visionalmente
Cableado averiado
Aserrar
los
bornes,
reemplazar cables
Aparellaje eléctrico
(manostratos, termosta
tos, cajas de control de
posición)
Aparatos averiados
Sustituir, reparar, anu
lar provisionalmente
Cables deteriorados
Aserrar los bornes,
reemplazar cables
Vibraciones
Sustituir la fijación, es
tablecer conexiones fle
xibles
Temperatura excesiva
Enfriar o desplazar el
aparato, colocar
pantalla térmica
una
atentamente
las
instrucciones del apara
"-1
'
i
"~i
'—i
'—l
^
**"%
""l
APLICACIONES INDUSTRIALES
5.12.3.
379
Medios de control corrientes
•d d,
36
.o
Los medios de control corresponden a los instrumentos de me
dida utilizados corrientemente por el personal de explotación de
las fábricas.
cu
.« a
Vamos a citar a continuación los aparatos utilizados en la
industria, sin dar las recomendaciones esenciales correspondien
tes a su buen empleo, que están suficientemente detalladas en
C/5 o
co
'Sb
S
a
las instrucciones de los fabricantes.
.11
a)
~ CU
o"0
2|
ag
2
co
Medición de presiones y presiones diferenciales
•
Manómetros de tubo en U.
•
Manómetros metálicos (manómetros Bourdon).
•
Manómetros de membrana.
•
•
Manómetros de campana.
Manómetros de doble campana.
a
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Medición de caudales
•
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de pistones rotativos,
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de membrana.
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cu
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CU
Caudalímetros:
órganos deprimógenos (diafragma-venturi-tobera),
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SM °CU
o
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Contadores:
de turbina,
CU -M
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CU C
U
c)
Medición de temperaturas
O
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10
caudalímetro de flotador.
'3
<u fi
g
Cm (J
Pares termoeléctricos.
Resistencias termométricas.
Pirómetros de aspiración.
Pirómetros de radiación.
Cu cu
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S efe «o
S'ra -
2 <" 3>
S-2ft-|
Pirómetros ópticos de desaparición de filamento.
Pirómetros de contacto.
Comparación de temperaturas por cambio de color.
Termómetros de tensión de vapor.
Termómetros de líquido.
Conos fusibles.
I
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380
d)
-~i
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1
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.!«•
GAS NATURAL
Análisis de los productos de combustión
•
Métodos de absorción volumétrica.
Aparatos de Orsat.
Analizadores de tipo «Fyrite».
Detectores tipo «Draeger».
Analizadores de radiación infrarroja.
Analizadores magnéticos.
Analizadores de conductibilidad térmica.
e)
Determinación del punto de rocío
•
Temperatura de rocío.
ÍNDICE alfabético
• Aparatos de punto de rocío tipo «Alnor».
•
•
f)
Higrómetros de condensación.
Higrómetros de cloruro de litio.
Otras medidas
•
Medidas acústicas.
•
Medida de velocidades de derrame:
anemómetros,
sondas de Prandtl (o Pilot dobles).
• Medida de las velocidades de rotación de máquinas gira
torias.
•
Medidas eléctricas.
Abrasado de tejidos, 329
Acetileno, producción, 319
Aire, características, 3
—.coeficiente de suministro, 18
—.exceso, 18
— teórico, 17
Aislamiento del horno, 48
Aleación de cobre, recocido, 263
— ligera, fusión, 262
Alimentación de fluidos, control y
mantenimiento, 358-360
Alta presión, fórmulas, 106
, gráficos, 106
Altos hornos, 212
American Petroleum Institut (A.P.I.),
56
American Standard Association
(A.S.A.), 56
Amoníaco, producción, 319
Anhídrido carbónico, características,
3
Arca de decorar, calentamiento. 292
recocer, calentamiento, 291
Aros forjados, recocido, 238
Atmósfera endotérmica, 242
— rica en nitrógeno, 242
Avería de encendido, 366-372
—, reparación, 366
Azufre, producción, 321
Azulejo decorado, fabricación, 309
Cal, fabricación, 264
Caldera, conversión a gas natural,
201
—.funcionamiento mixto gas natural-fuel oil. 205
— industrial, equipos, 196
Calentamiento de líquidos por com
bustión sumergida, 347
el fondo de cuba, 349
tubos sumergidos, 351
— directo, 340
— indirecto, 348
Calor de condensación, 14
— de producto de combustión, re
cuperación, 49
— del gas, medición, 12
— latente, 31
— perdido, prevención, 48
.recuperación, 48
— sensible, 31
Cámara de combustión,
volumen,
129
mezcla, 136
Cambiador de calor, 78
Campo válido, medida, 79
Canalización a baja presión, abaco
cálculo, 109
Carga térmica, recuperación, 49
— volumétrica, 130
Catalana de Gas y Electricidad, S. A.,
55
Baja presión, fórmulas, 106
, gráficos, 106
Bunsen, mechero, 145
Butano, características, 3
Caudal, medición, 378
Cemento, fabricación, 273
Cerámica, característica cocción, 298
—.cocción, 299
1
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1
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•*»/
vt i
Cerámica, empleo gas natural, 296
— sanitaria, cocción, 310
—.secado, 297
Coeficiente rugosidad tubería, 112
— suministro aire, 18
Combustible,
problemas dc coste,
42
Combustión del gas, características,
Diagrama de Ostwald, 28
Distribución del gas natural, 55
Elemento dc caldco, control y man
tenimiento, 362
Cono de combustión, 148
Constante dc conversión, 15
Consumo de gas natural, 4
— específico dc gas, 43, 52
— mundial de gas natural, 6
Contador de gas, 78
pistones rotativos «Delta», 81
térmico dc gas. 354, 357
—, medios corrientes, 378
Cuantómetro dc turbina G.W.F., 8.1
Cuba calentada por el fondo, 350
tubo sumergido, 352
Equipo de
Chamuscado dc hilos, 329
tejidos, 329
Dardo, soplete, 180
Defecto de producción, reparación,
asociado, 1
regulación. Control y
mantenimiento, 362
seguridad. Control y manteni
miento, 363, 364
— térmico industrial. Control
mantenimiento, 354, 357-366
y
Estación receptora, 58
, aparatos, 62
.clasificación, 59
dc gas a alta presión, esque
ma, 60
, modo dc instalación, 86
, normas de instalación, 85
, precauciones, 89
, seguridad de la instalación
eléctrica, 88
, valvulería, 62
en función del lador aire, 22
—.velocidad. I'.»
Delbourg, diagrama, 23
Densidad de gas, medición. 14
Desprendimiento di- II una. veloci
, características de los compo
nentes, 3
.componentes, 1, 2
.consumo, 4
, consumo mudial, 6
.diagrama combustión, 28
>distribución, 55
.eficiencia utilización, 39
.empleo, 35
en España, características, 7
—(— esquema transporte, 57
, fabricación cal, 264
,— cemento, 273
fgenerador vapor, 193
, industria agrícola, 322
.industria de alimentación, 322
maderera, 336
to, 338
papelera, 336
química, 316
— de secado de pintura, 343
Etano, características, 3
textil, 328
vidrio, 283
Explotación, comprobación, 119
—, paro, 119
—.puesta en marcha, trámites, 122
servicio, 119
Factor de conversión de unidades,
15
Feeder, calentamiento, 290
Filtro de gas, 62
natural, ejemplos, 63
Fiorcntini, regulador de presión, 73,
74, 75
Francel, rcguladoi presión, 72
1mercados, 35, 36
.metalurgia, 211
, — metal no férrico, 259
no asociado, 1
, preferencia utilización, 38
.siderurgia, 211
,reservas, 4
, utilizaciones diversas, 340
, ventajas, 40
—. operaciones térmicas específicas,
353
Gas, combustión, características, 16
—, procesos especiales, 51
— quemado parcialmente, 241
—,—, recirculación. 46
—.consumo específico, 52
—, uso específico, 39
—,
CAZ DR FRANCE, 113
373-375
Dellapración, variación de velocidad
, calentamiento directo, 340
industria cerámica, 296
Estufa Sat, esquema funcionamien
Cubilóle dc fusión, hierro fundido,
213
, aplicaciones industriales, 193
funcionamiento, 121
resistencia mecánica, 119
358-360
horno, 365
Hidrógeno, características, 3
—,— peso específico, 14
—,— potencia calorífica, 13
— natural, 1
Ensayo de estanqucidad, 120
Control de alimentación de fluido,
equipo dc seguridad, 363, 364
—,— densidad, 14
ENAGAS, 7, 56, 59, 85. 122
T.U.
quemadores, 361
— del equipo dc regulación, 362
Gres, 296
Encendido automático, 191
turbina Elster, 82
elementos de caldeo, 361
Gas, medición calor, 12
—,— presión, 10
—,— volumen, 9
16
—, diagrama, 25
— en tres etapas, 181
—, rendimiento, 29
— sumergida, 168
.calentamiento de líquidos, 347
—, temperatura teórica, 19
procesos industriales, 43
— reductor, producción, 319
.regla cálculo, 118
— de Lace», 321
Generador dc aire caliente, 343
—, familias, 23
—, liontos especial, s, 51
atmósmera, 252
Detección de llama. \')\
—. iiilercainhiabilidad, 21
Diagrama de combo--lión. 2^
.- I: 1 .- • P.V ' '•! V
— intercambia!'!
vapor, 193
, reculación. 198
.seguridad. 198-201
dad, 21
383
índice alfabético
ÍNDICE alfabético
382
. !">'ÜrÍ'>M. '"
l'*3
—.producción, 318
Hilo, chamuscado, 329
Hoffmann, horno, 151, 301
— con quemados de radiación, 346
— continuo, 233
Dressler, 311
—.control y mantenimiento, 365
— crisol, fusión plomo, 261
vidrio, 289
— de acero Martin Siemens, 175, 215
atmósfera controlada, 239
cemento, empleo gas natural
y carbón pulverizado, 282
quemadores llama rotativa,
280
balsa, 284
campana, 232
doble cuba vertical, 270
fuego móvil, 300
fusión, 213
eléctrico, 217
de vidrio, 295
recalentamiento, 218
recocer vidrio, 295
recocido de fundición férrica,
244
perlítica, 245
solera fija, 231
móvil, 225, 226
tratamiento térmico, 228
— especial para gas, 51
— industrial a fuego directo, 343
— muflado Dressler, 310
—, rendimiento propio, 30
— rotativo de cemento, 275
, quemadores de gas, 277
— túnel, 233
ele cerámica, 301, 307
muflado, 311
Ignición, temperatura, 19
Impulsión generador, 131
Incineración de efluentes, 343
Industria maderera, gas natural, 336
— papelera, gas natural, 336
— química, gas natural, 316
t
como combustible, 316
(
primera materia, 318
— textil, gas natural, 330
.máquina Rame, 331
. poHincnr/aeión. 330
1
^1
*!
Industrial textil, presecado por ra
diación, 330
, secado mediante cilindro, 330
,— por convección, 330
Inflamabilidad, límite, 19
Instalación eléctrica, seguridad, 88
Intercambiabilidad de gases, 21
International Gas Union (I.G.U.), 35,
39, 132
Kowarski, fórmula determinación
número Reynols, 103
Leche en polvo, fabricación, 327
Límite inflamabilidad, 19
Lozas, 296, 302
Llama blanca, 127
—.características, 126
— con mezcla previa, 127
— de antorcha, 127
difusión, 127
pura laminar, 127
turbulenta, 127
— sin mezcla previa, 127
—, velocidad crítica retorno, 21
—,— desprendimiento, 21
—,— propagación, 131
Mantenimiento de alimentación de
fluido, 358-360
elemento dc caldeo, 361
plantas, 45
quemadores, 361
— del equipo dc regulación, 362
seguridad, 363, 364
—
térmico de gas, 354, 357
horno, 365
Masoneilan, regulador presión, 74
Mercado colectivo, 35
— comercial, 35
— doméstico, 35
— industrial, 35
Metano, l
—, caractcrísl icas, 3
—, temperatura teórica combustión,
20
Metanol, producción, 319
Meycrhofer, quemador, 152
Mezcla, sistemas, 136
Mezclador, 136
— de aire inductor y gas despresu
rizado, 137
inducción, 136
atmosférica, 136
Mineral, reducción directa. ?.\2
385
índice alfabético
índice alfabético
384
Producto de combustión, caracterís
Modulación del quemador, 131
túnel de gran velocidad, 162,
, contenido calorífico, 31
Nitrógeno, características, 3
Operación térmica
gas, 353
Quemador de tubo sumergido, 168,
169, 170
ticas, 126
específica
del
.rendimiento total, 31
, diagrama pérdida calor, 32
Propano, características, 3
Proteína sintética, producción, 320
163
—.definiciones, 130
— doméstico, 143, 144
Punto de rocío, determinación, 379
Ostwald, diagrama, 28
Oxicorte, 256
Oxígeno, características, 3
—.elección, 186
—.elementos auxiliares, 190
Quemador a chorro («jet»), 47, 159,
— emisor de radiación infrarroja,
Panel radiante catalítico y antidcflagrante, 165
gas natural, 196
—.adaptación a combustibles, 183
— apropiado, uso, 45
— radiante luminoso, 164
oscuro, 164
Panhaudle, fórmula pérdida carga,
112
Papel pintado, secado continuo, 337
Paro intempestivo, reparación, 376,
377
Pascal, unidad, 12
Pastelería industrial, cocción, 326
Penacho, soplete, 180
Pérdida de carga lineal, 104
singular, 114
sobre tramo longitud L.,
105
Peso específico del gas, medición,
14
Piezas
de
vidrio,
rccalentamiento,
293
Pintsch-Bamag,
regulador
— autoestable, 147
—, avería encendido, 366-372
—.características v aplicaciones, 187189
— C.E.R.I.C., 308
—.clasificación, 132, 133
—.control y mantenimiento, 362
— de alta velocidad, 47
antorcha, 144, 145
con corona de estabiliza
ción, 144
cocina doméstico, 147
combustión sumergida, 168,
169, 170, 171, 172
corona, 145, 146
divergente de gas, 152
paralela, 154
presión,
gas compacto, 158
Poder calorífico, 13
inferior (P.C.I.), 13
. medición, 13
superior (P.C.S.). 13
— comburívoro, 17
— fumígeno, 17
llama blanca, 151
con
Potencia calorífica, 13
, medición, 13
— .factores conversión unidades, II
—, medición, 378
—, registrador. 84
combustión,
pre
142, 143
análisis,
— industrial, 125
— intensivo, 159
— jet, 159, 162. 163
— mixto, 126, 172, 174, 175, 177, 178
, gas y fuel-oil Pillard, 275
—, modulación, 131
— monobloc aire insuflado, 154, 155
—- multicombustible, 126, 172, 174,
175, 177, 178
— multigás, 126
— radiante a alta temperatura, 159,
160, 161
poroso, 159, 161
—.regulación automática, 192
— sin mezcla previa, 151, 185
—.tipos, 135
— todogás, 126
Rame. máquina, 331
—, —. Esquema, 334
—,—.Ventajas económicas, 332
—,—.— técnicas, 332
Red interior de tuberías, 91
, canalización, 95, 96
,— en cajas y galerías
técnicas, 95
,— enterrada, 94
.condiciones
recorrido,
93
, determinación
trazado
92
por aire inductor, 140,
141
— específica, 131
— térmica, 130
Potencial dc combustión, 23, 25
Presión de gas, medición, 10
— diferencial, medición, 378
de
en
mezcla precia, 135, 184
en máquina mezcladora,
—, secado por infrarrojo, 313
379
régimen de difusión
turbulento, 151
libre alimentado
mezcla, 143
rotativa, 280
húmedo, 17
seco, 17
Porcelana, 296
— especial, 154
corriente convergente de aire,
152
73
Producto
163
162, 163
inducción
atmosféri
ca, 137
pipa, 145, 146, 147
premezcla combustión en con
tacto con refractario, 146, 150
rampa, 145
rotación aire, 153
gas, 153
tubo radiante alta temperatu
ra, 166. 167
, situación válvula aisla
miento, 96
— interna de distribución, método
cálculo, 116
Reductor de presión, 68
Registrador de presión, 84
temperatura, 84
Regulador dc presión, 68
, cualidades, 70
, estabilidad, 70
.estanquidad al cierre, 70
, fidelidad, 70
i
m
i w .«*
>
—i w
T>
índice alfabético
386
Regulador de presión, Fiorcntini, 73,
74, 75
Francel, 72
, límite de presión y de cau
dal, 71
Masoneilan, 74
Pintsch-Bamag, 73
Temperatura, medición, 378
—, registrador, 84
— teórica de combustión, 19
Temple, calentamiento previo, 238
Tierra cocida, 296
, productos, 29
Transmisión del calor, incremento,
, precisión, 70
, principio funcionamiento,
ventajas, 45, 46
Tratamiento de superficies, 343
Tubería, características, 97
, requisitos, 77
«Rockwell», 76
Rombach, 75
, sensibilidad, 70
, sobrepresión al cierre, 80
Rendimiento de combustión, 29
— propio del horno, 30
— total operación térmica, 30
Renouard, abaco cálculo pérdida
—, determinación diámetro, 100
69
ensayo de funcionamiento, 122
resistencia mecánica, 119
. espesor teórico, 98
esquema de instalación, 117
pérdida de carga en accesorios,
115
,
,
lineal, 104
singular, 114
en tramo longitud
carga
—.fórmulas pérdida carga, 107, 108
Reparación de averías, 366
Resistencia mecánica de tubería, en
sayo, 120
Retorno de llama, velocidad crítica,
21
Reynolds, número, 103
Rockwell, regulador presión, 76
Rombach, regulador presión, 75
L.,
105
Tubo sumergido, 168
.calentamiento líquidos, 351
Unidades de medida, 8
Uso específico gas, 39
Válvula de cierre, 63
.cualidades, 64
seguridad, 66, 67
Secado de alimentos, 344
granos, calentamiento directo
gas, 324
Siderurgia, gas natural, 211
Sistema dc medida, 8
Soldadura, control radiográfico, 121
Soplete, 180
—.dardo, 180
— de oxicorte, 182
vidriería, 182
—, penacho, 180
Técnica moderna, aplicación, 44
Tejido, abrasado, 329
—, chamuscado, 329
Temperatura de ignición, 19
—.elección y montaje, 65
—.perdida carga, 115
—, tipos, 64
Velocidad dc deflagración, 19
, variación en función del
factor aire, 22
propagación de llama, 131
Ventilación atemperada de local in
dustrial, 341
Vidrio, empleo dc gas natural, 283
—, recocido, 291
Volumen de humos húmedos, 17
secos, 17
gas, medición, 9
Wobbe, índice, 23
,
,
Wt