MEMORIA DE QUEMADORES

Los quemadores son los equipos donde se realiza la combustión. Por tanto debe lograr la mezcla íntima de combustible con el aire y proporcionar la energía suficiente para que prosiga la combustión.

Los combustibles en estado gaseoso son los más fáciles a la hora de hacerlos arder, ya que los combustibles sólidos y líquidos hay que tratarlos y calentarlos.

El gas combustible se mezcla con el oxígeno del aire y cuando se le aporta una energía exterior, se alcanza la temperatura de ignición.

Según la pulverización, los quemadores se pueden clasificar en tres grupos:

• Quemador de gasificación: en este tipo de quemadores el combustible se vaporiza por la acción del calentamiento de las paredes de un recipiente o taza. En estos quemadores solo se pueden utilizar productos destilados y de poca viscosidad.

• Quemador de emulsión: aquí se produce una emulsión del combustible y el agua con un aparato llamado emulsificador. Su ventaja es que la combustión se produce de forma rápida y la longitud de la llama es muy corta y su inconveniente es el consumo de calor que necesitaremos para evaporar el agua inyectada y por ello baja su rendimiento.

• Quemadores de pulverización: estos quemadores so los usados actualmente en instalaciones de confort. Estos consiguen la vaporización del combustible a través de la pulverización que se realiza por efecto de la presión que arrastra este al pasar por una boquilla con un orificio muy pequeño.

Los quemadores de pulverización pueden ser de tres tipos: centrifugo o de copa rotativa, de fluido auxiliar y (el que es objeto de nuestra práctica) por presión.

Quemadores de pulverización mecánica por presión

También son denominados quemadores a sobre presión.

En este tipo de quemadores, el aire necesario para la combustión es introducido por medio de un ventilador.

Estos quemadores poseen un circuito neumático, que es el encargado de controlar la entrada de aire a la combustión. Este circuito posee una compuerta para regular el caudal que se introduce en el circuito neumático por la acción del ventilador. En algunos casos es accionada por un pistón hidráulico.

El ventilador es el encargado de suministrar el aire necesario para la combustión, en función del caudal de combustible. Tiene además otra función secundaria que seria la de conseguir vencer las perdidas de carga que se producen en el hogar de la caldera.

Ventilador centrifugo de doble succión.

Para conseguir una buena combustión en el caso de combustibles líquidos, se utilizan diferentes sistemas de pulverización, para así poder crear unas pequeñas gotitas microscópicas de combustible que tienen una mayor facilidad para mezclarse con el aire.

El tipo de quemador más extendido es el de pulverización mecánica.

Estos quemadores se fabrican en una gran gama desde pequeñas potencias hasta otras bastante más altas.

La combustión puede ajustarse actuando sobre el gasto de combustible, sobre la cantidad de aire a expulsar y sobre los elementos que producen la mezcla, por lo que es posible obtener rendimientos de combustión muy altos.

Por el número de escalones de potencia que producen, se distinguen los distintos tipos de quemadores.

• De un escalón (o una llama): son quemadores que solo pueden funcionar a la potencia que hayan sido regulado. Son quemadores de baja potencia.

• De dos escalones (o dos llamas): la regulación que podemos tener es de todo-parte-nada, según la presión suministrada por el regulador de la bomba o según funcione una o dos boquillas. Se utilizan para potencias comprendidas entre 100 y 800 Kw.

Quemador de dos llamas, ROCA Presomatic 45 G0 (caldera del taller)

• De tres escalones (o tres llamas): cuando se dispone de tres escalones de potencia, todo-mucho-poco-nada. No se suele utilizar normalmente.

• Modulantes: estos quemadores ajustan continuamente la relación aire-combustible, de manera que pueden trabajar con rendimientos elevados en una amplia gama de potencias; adecuándose de manera continua a las necesidades de producción. Se utilizan para potencias superiores a 800 Kw.

Quemador modulante BALTUR BT MGM

Pot: 374-17500 Kw/h; consumo: 40 a 1475 Kg/h

Cabezal de combustión

Esta es la parte del quemador donde se produce la mezcla de combustible y aire, y se inicia la combustión.

Está compuesto por:

• Cono de la llama: su situación con respecto al disco estabilizador variará las condiciones de turbulencia de la mezcla, frenando y comprimiendo el aire, permitiendo una combustión perfecta con una llama estable.

• Disco estabilizador: tiene por misión darle al aire un movimiento giratorio en el sentido contrario al que gira el combustible al salir por la boquilla , para asegurar una buena mezcla entre ambos.

• Electrodos de encendido: son dos varillas de acero inoxidable, aislada sobre un soporte de porcelana. Están alimentados en alta tensión (10 Kv) por el transformador de encendido. De esta manera se consigue que salte un arco eléctrico entre los dos electrodos y así poder conseguir alcanzar la temperatura de ignición e iniciar la combustión.

Circuito hidráulico o de combustible

En el circuito hidráulico es donde se trata el combustible, desde su aspiración e impulsión a presión, hasta su posterior pulverización para la formación de la llama.

Este circuito se compone de:

Bomba de combustible: es de tipo de engranajes y tiene como misión aspirar el combustible del depósito para posteriormente impulsarlo a la presión suficiente para su pulverización en la boquilla.

• Funcionamiento:

La bomba es arrastrada por el eje de un motor y gira a una velocidad fija. Entre la toma de aspiración y los engranajes existe un filtro, que habrá que limpiar periódicamente.

El eje del motor arrastra el piñón que es excéntrico con la corona, que a su vez es arrastrada por aquel, de tal forma que donde los dientes del piñón se separan de las cavidades de la corona, se crea un vacío que es la zona denominada cámara de aspiración, a través de la cual entra el combustible impulsado por la presión atmosférica que gravita sobre el deposito de almacenamiento, o por la ligera presión a la salida de la válvula reductora cuando se utiliza un grupo de presión para el trasiego del gasóleo.

En la zona donde los dientes del piñón se juntan con las cavidades de la corona, se produce el aumento de presión del combustible y a través de un conducto sale impulsado a la boquilla mediante el regulador de presión.

Filtro de la bomba Eje del motor

de combustible piñón, corona y luneta

• Regulación de la bomba:

Las bombas de combustible trabajan normalmente con presiones comprendidas entre 7 y 14 bares. La presión de la bomba se ajusta mediante un tornillo regulable situado en la parte superior de la bomba. La presión de cada bomba viene determinada por el fabricante.

Cuanto más baja sea la presión en la bomba, peor será la pulverización ya que se crearan unas gotas demasiado grandes para su mezcla con el aire. Y al contrario si la presión es elevada, se alarga la llama y se disminuye el ángulo de pulverización. Se selecciona normalmente una presión de entre 10 y 12 bares.

Boquilla:

Este elemento es el punto y final del circuito hidráulico y es fundamental para el buen funcionamiento de la combustión. Esta es la encargada de la pulverización del combustible.

-Selección de la boquilla:

Para la selección de la boquilla hay varias cosas a tener en cuenta: caudal y presión de combustible, tamaño y forma del hogar.

Con hogares alargados tendremos que recurrir a boquillas con ángulos de pulverización pequeño, que producen llamas alargadas y con hogares cortos acudiremos a boquillas con un ángulo mayor (60-45º) que son las boquillas más utilizadas.

-Tipos de conos de pulverización:

Hay tres tipos de conos, hueco, semihueco y sólido. La selección de cada tipo de cono depende del deflector que tenga colocado el quemador. Los más usados son los de tipo sólido.

Circuito eléctrico

Se compone de los siguientes elementos:

- Centralita o caja de control:

Este componente realiza el control de funcionamiento automático del quemador. Actualmente se fabrica con circuitos electrónicos.

La misión principal que realízale programador, es la puesta en marcha o paro del quemador en función de la demanda de calor, indicada por el termostato de trabajo.

Para la seguridad de su funcionamiento realiza las siguientes tareas.

- conectar la alimentación del motor del quemador.

- dar tensión al transformador de encendido para que salte la chispa entre los electrodos.

- dar tensión a la electrovalvula para su apertura.

- vigilar el proceso de encendido.

- dar servicio a la resistencia de calentamiento de combustible (en algunos quemadores).

El ciclo de funcionamiento varia según el fabricante y la centralita de cada quemador, pero estas son las fases principales:

Fase 1, prebarrido: cuando el termostato se cierra, porque se demande calor, se pone en marcha el motor y empieza a entrar aire en el hogar de la caldera para limpiarlo de gases de la anterior combustión, de forma que el hogar se oxigene bien y se produzca un buen encendido.

En esta fase también se puede poner en marcha el transformador de encendido, con lo que puede saltar la chispa entre los electrodos. Esta fase dura unos 15 segundos aproximadamente.

Fase 2, encendido: la centralita envía tensión a la electrovalvula para provocar su apertura y en ese momento sale el combustible para producirse la pulverización y posteriormente la combustión y encendido.

Fase 3, seguridad: según la información recibida de la fotocélula, el programador detecta si se ha producido llama y si así ha ocurrido, desconecta la alimentación del transformador de encendido y continua su funcionamiento con el motor en marcha y la electrovalvula abierta, hasta que el termostato llegue a su temperatura establecida de corte y se pare el quemador, cerrando la electrovalvula y parando el motor.

Si no se produce la llama después de un tiempo, desde en comienzo de la fase de encendido “tiempo de seguridad” que será como máximo de 10 seg. El programador parará el funcionamiento de todos los elementos y se activará el piloto de bloqueo.

- Fotocélula: es una resistencia eléctrica sensible a la luz, es decir, el valor de la resistencia depende de la cantidad de luz que recibe.

Aquí tenemos dos fotos de la centralita.

- Electrovalvula: es la encargada de dar paso al combustible a presión a la boquilla. Generalmente son de dos vías, que sin tensión permanece cerrada y al recibir tensión se abre.

- Motor: su eje arrastra la bomba y como ya se ha dicho, generalmente también el ventilador.

Regulación del quemador

Cuando vayamos a poner en marcha el quemador debemos de tener en cuenta la regulación de dos elementos: el cabezal de combustión y la entrada de aire al quemador.

-Regulación del cabezal de combustión:

Consiste en fijar la distancia del deflector, al extremo del cañón de combustión. Va a depender del caudal de combustible a quemar. Esta distancia se regulará a través de un tornillo que mueve el cabezal. La posición de este se puede ver en una escala numerada que incorpora el quemador. Moveremos el tornillo hasta que la escala numerada coincida con el índice que nos marca el fabricante.

Puesta en marcha del quemador

Una vez hayamos regulado el quemador podemos realizar la puesta en marcha de este siguiendo un orden.

1.- Pulgar los latiguillos.

2.- Montar el manómetro y el vacuómetro en la bomba.

3.- Abrir las válvulas de las tuberías de gasóleo.

4.- Dar corriente con el interruptor general.

5.- Cerrar la línea de termostato.

6.- Desbloquear la centralita.

Arranque

Con el cierre de los termostatos el motor empieza a girar junto con la bomba, el gasóleo aspirado se manda al retorno, también empieza a funcionar el ventilador y el transformador de encendido y se efectúan las fases de: preventilación del hogar, presurizado en una parte del circuito y el preencendido en los electrodos.

Una vez terminado el prebarrido, la centralita manda tensión a la válvula electromagnética y esta se abre, dando paso al gasoil que llega a la boquilla para ser pulverizado. Una vez pulverizado, el contacto con la chispa creada por los electrodos determina la formación de la llama. Una vez que se forma la llama, empieza el tiempo de seguridad.

Quemador de una llama en funcionamiento:

Arranque en quemadores de dos llamas:

En los quemadores de dos llamas tendremos en cuenta la regulación de las dos bombas de combustibles (una para cada llama) y la entrada de aire ya que al tener dos tipos de llamas el aire que se requiere para cada una es diferente. Todas estas regulaciones vienen dadas por el fabricante en sus tablas.

Al cerrar los termostatos empieza la fase de prebarrido. Una vez terminada esta fase, se abre la primera electroválvula y la bomba comienza a mandar combustible para la formación de la primera llama. También se activa la fotocélula.

Una vez que se forma la primera llama, comienza el tiempo de seguridad, a los 20 seg. aproximadamente de la primera llama, la centralita da paso a la segunda electrovalvula por lo que se activa la segunda bomba de combustible y se forma la segunda llama.

Características técnicas y dimensionales

Quemador de una llama

Campo de trabajo del quemador

Curva de funcionamiento: quemador Ferroli Sun G6

Como podemos observar, este quemador es capaz de proporcionarnos un caudal desde 1,1 hasta 4,9 Kg/h. Por lo que desarrolla una potencia calorífica desde 11.110Kcal/h, hasta 49.490 Kcal/h.

Selección del quemador para una caldera

Para seleccionar un quemador que se adapte a una caldera determinada, los fabricantes de quemadores realizan una serie de pruebas sobre estos, que les permiten hallar las curvas de funcionamiento.

Estas curvas relacionan en el eje X el caudal de combustible que es capaz de inyectar el quemador; y en el eje Y la sobre presión que es capaz de generar en el hogar.

Elección del pulverizador

La elección de este se efectuara en relación con la potencia de la caldera, considerando que el gasóleo tiene un PCI de 10.200Kcal/Kg. La tabla indica el caudal o consumo en Kg/h de gasóleo, en función del tamaño del pulverizador (en US.gall/h) y de la presión de la bomba (en bar.)

Tabla pulverizador

Regulaciones de la práctica: quemador Sun de 1 llama

Regulaciones a tener en cuenta a la hora de poner en marcha un quemador.

-Datos del fabricante:

Modelo de la caldera: GN1.03.

Potencia térmica útil: 23´3 Kw; 20.000 Kcal/h

Caudal térmico: 25´8 Kw; 22.200 Kcal/h

Caudal del quemador: 2´176 Kg/h

Boquilla: 0´65 US.gall/h; y un ángulo de 60º

Presión de la bomba: 10 bar.

Regulación del cabezal: muesca 6, l 18

Regulación del aire: muesca 5

Posición de los electrodos

• Distancia entre electrodos: 3.5mm

• Ángulo de los electrodos: 45º

• Distancia entre electrodos y centro de la boquilla: 6´5mm

• Distancia desde el extremo de la boquilla hasta los extremos de los electrodos: 1mm

Datos de la práctica: quemador Sun de 1 llama

Duración del prebarrido: 20 seg.

Aparición de la llama: 20 seg.

Tiempo de seguridad: 9 seg.

Regulación de la bomba: 9 bar.

Quemador de 2 llamas

Prebarrido: 9 seg.

Aparición de la primera llama: 9 seg.

Aparición de la segunda llama 29´5 seg.

Tiempo de seguridad: 5´4 seg.

Regulación de la primera bomba: 9 bar.

Regulación de la segunda bomba: 16 bares

Boquilla: 1´1 US.gall/h.

Mantenimiento del quemador

El quemador requiere un mantenimiento periódico, que deberá ser realizado por personal cualificado. El mantenimiento es de vital importancia para un correcto funcionamiento del quemador, evitando así consumos excesivos de combustible y reduciendo la contaminación al ambiente.

Antes de efectuarse cualquier operación de limpieza o control, se deberá desconectar la alimentación eléctrica del quemador

Las operaciones básicas a realizar son las siguientes:

• Controlar que no se presenten obstrucciones o abolladuras en los tubos de alimentación y retorno de combustible.

• Realizar la limpieza del filtro de la línea de aspiración de combustible.

• Controlar el consumo correcto de combustible.

• Efectuar la limpieza de la cabeza de combustión en la zona de salida del combustible, en el disco estabilizador de aire.

• Dejar funcionar el quemador con régimen máximo durante aproximadamente 10 minutos y después realizar el análisis de la combustión, controlando:

• la regulación correcta de todos los elementos incluidos en este manual

• temperatura de los humos que van a la chimenea

• contenido en tanto por ciento de CO2

• contenido de CO (ppm)

• índice de opacidad de los humos, según la escala Bacharach.