Formularios

Formulario de Termodinámica I y Balance de Materia y Energía

 

 

 

 

Análisis de gases de Combustión

Con este Análisis se puede saber que regulaciones hacer para que la combustión de tu caldera sea optima y así abaratar costos de Combustible.

BENEFICIOS DEL ANÁLISIS. 1

1. Se ahorra dinero en la operación. 
2. Controlar los Gases para no perjudicar el medio ambiente

Los operadores han utilizado durante décadas el análisis de gases de combustión como método para optimizar la relación aire/combustible. Al medir el exceso de oxígeno y/o CO en los gases de combustión, los operadores de plantas pueden trabajar con la mejor eficiencia de consumo de calor, el menor NOx, y generar la menor cantidad de gases de efecto invernadero. Esta medición es importante para cualquier proceso de combustión con emisiones que escapan hacia la atmósfera. Las aplicaciones son calderas y hornos a fuego directo del proceso.2

El análisis de combustión ayuda a reducir los costos de combustible, minimiza las emisiones de gases de escape y cumple los requisitos regulatorios.

Analizadores de Gases de Combustión 3

En los diferentes procesos en la industria e incluso en nuestra vida cotidiana existen procesos de combustión que permiten operar equipos para generación de energía, desde los calentadores más sencillos que se utilizan en hogares con uso doméstico hasta grandes plantas de generación de energía u hornos que se usan a nivel industrial. El monitoreo de estos procesos de combustión es vital desde dos puntos de vista, por un lado, se debe monitorear la emisión de acuerdo a ciertas guías de la Agencia de Protección Ambiental Americana (USEPA) y por otro el monitoreo de estos sistemas garantiza su correcto funcionamiento. Los analizadores de gases de combustión son equipos robustos que permiten monitorear los gases de combustión los cuales vienen a altas temperatura y condiciones muy difíciles de humedad y suciedad. Estos pueden ser utilizados en cualquier proceso y emplean diferentes tecnologías para determinar cuál es la eficiencia y el comportamiento de un proceso de combustión determinado. De esta forma se puede operar de forma correcta los diferentes equipos que emplean combustión para generar energía, disminuyendo las emisiones y utilizando menos combustible, lo que traduce en un menor costo por cantidad de energía generada. También en los monitoreos ambientales constituyen una herramienta útil para determinar ciertos parámetros utilizados en la determinación de material particulado (Método 5 de la US EPA), reemplazando algunos equipos de muestreo como en caso del método 3 de la US EPA que antiguamente era necesario realizarlo con muestreador Orsat el cual requiere análisis de laboratorio.

Los analizadores  disponen de los siguientes métodos:

Sensores Longlife (más de 4 años de vida de operación con carga normal)

CxHy  a través del método de medición catalítica (Pellistor)

Infrarrojos (NDIR)

Quimioluminiscencia (CLD) 

Espectroscopia fotoacústica (PAS)

Fuentes:

1. https://www.termeco.com.py/
2. https://www.emerson.com/es-es/automation/measurement-instrumentation/gas-analysis/about-combustion-analysis
3. http://www.intecconinc.com/latam/index.php/productos/analizadores-de-gases-de-combustion
4. http://www.intecconinc.com/latam/index.php/productos/analizadores-de-gases-de-combustion?format=raw&task=download&fid=369

CÁLCULOS DESGASIFICADOR TÉRMICO

De acuerdo con el principio de conservación de la energía, el resultante de sumar las energías entrantes y salientes de un sistema = 0. Esto sólo es cierto en un proceso isentrópico (adiabático y sin ejercer trabajo).

Balance energético:

Basándonos en el equilibrio energético de un sistema (energía entrante = energía saliente) y en unas condiciones constantes de operación del desgasificador: Presión de operación (Pd), con valor de Entalpía (Hd) y temperatura (Td) que se obtiene de las tablas de vapor saturado, resultantes del diagrama de Molliere. tenemos :

Flujos entrantes:

Agua desmineralizada a desgasificar

Caudal de agua desmineralizada a desgasificar (Qa) en Tm/h a (Ta) ºC

Retorno de condensados

Caudal de condensados (Qc) en Tm/h a (Tc) ºC

Vapor aporte

Caudal de vapor saturado (Qv) en Tm/h, a Presión (Pv) en kg/cm² , con una Entalpía (Hv) y una temperatura (Tv)ºC, obtenidas de las tablas de vapor saturado.

Flujos salientes:

Salida de incondensables

Caudal de vapor de arrastre (Qi), en Tm/h que se corresponde con un 10% de vapor aportado al sistema (Qv) sin condensador interno, o al 1% de Qv si hay condensador interno, a las condiciones de operación (Hd). Con este vapor de arrastre se expulsarán al exterior los gases disueltos en el agua desmineralizada (básicamente O₂ y CO₂).

Agua desgasificada

Caudal agua desgasificada (Qat), en Tm/h , que se corresponde a la suma del Qa + Qc + el Caudal de vapor condensado, que será el 99% si se dispone condensador interno , o con el 90% de Qv si no se dispone. Este flujo estará a la temperatura de operación del sistema (Td) ºC

Una vez fijadas Las condiciones de operación, podemos establecer sistemas de ecuaciones, valiéndonos de su interrelación por el sistema de balance energético. Así, podemos cálcular, por ejemplo, el caudal de vapor necesario para desgasificar un caudal de agua determinado, o determinar la cantidad de condensado que debemos retornar un sistema para obtener las condiciones de equilibrio, o el caudal de agua desgasificada, etc., a partir de la ecuación básica del balance de energías:

Agua desmin. Aporte + Retorno de condensados + vapor aporte = Agua desgasificada + salida de incondensables + vapor de arrastre.

(Qa x Ta) + (Qc x Tc) + (Qc x Ec) = (Qi x Hd) + (Qa+Qc+(Qv-Qi) x Td)

Ejemplo:

Deseamos desgasificar un caudal de agua desmineralizada (Qa) = 10 Tm/h, que está saturada de O₂ y se encuentra a una temperatura (Ta) = 20 ºC. El tratamiento se propone con un desgasificador térmico cuyas condiciones de operación se establecen a una presión (Pd) = 0,21 kg/cm² man.

Cuestiones:

Calcular el caudal de vapor saturado a 6,5 kg/cm² man, necesario para realizar la correcta eliminación de O₂ y CO₂, para una caldera acuotubular de 40 kg/cm² de presión. Realizar el cálculo para las opciones de disponer o no disponer de condensador interno y comentar el resultado.

Según las normas para aguas de calderas de alta presión, el contenido de O₂ debe ser < 0,02 ppm y el de CO₂, indetectable por análisis, luego la tecnología a utilizar sería la de desgasificación térmica.

Para desarrollar el cálculo utilizaremos las tablas de vapor saturado y el balance energético indicado. Si hacemos un pequeño esquema, nos servirá de ayuda.

(*) Valores extraídos de las tablas de vapor saturado.

Caso a): Con condensador interno

(10 x 20) + (50 x 80) + (Qv x 659,71) = (0,01 x Qv) + ((10 + 50 + (0,99 x Qv)) x 105)

Resolviendo la ecuación resulta un consumo de vapor saturado a 6,5 kg/cm2 de 10,37 Tm/h, y un caudal de agua desgasificada de 70,26 Tm/h a 105 ºC. El caudal de incondensables (Qi) será de 0,1 Tm/h.

Caso b): Sin condensador interno

(10 x 20) + (50 x 80) + (Qv x 659,71) = (0,1 x Qv) + ((10 + 50 + (0,9 x Qv)) x 105)

Resolviendo la ecuación resulta un consumo de vapor saturado a 6,5 kg/cm2 de 11,37 Tm/h, y un caudal de agua desgasificada de 70,23 Tm/h a 105 ºC. El caudal de incondensables (Qi) será de 1,13 Tm/h.

Comparando ambos resultados, se observa que la inclusión de un condensador interno , nos permite un ahorro de vapor del orden del 10% en este caso.

El caudal de vapor de arrastre con los incondensables es del orden del 10% del caudal de vapor de aportación, cuando no se utiliza condensador interno. En caso de utilizarlo, este consumo se reduce al 1%.

Bibliografía:

Manual Técnico del agua (Degrémont)

Elementos de Ingeniería Química (Vian Ocón)