Archive for the ‘Combustión’ Category


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Este proyecto ha sido desarrollado en los Estados Unidos de América. En las figuras pueden apreciar la configuración y las potencias involucradas. Esta es una instalación penintenciaria (cárcel). Implementaron técnicas de control de voltaje y frecuencia. Así como también el tema de predicción de la energía consumida, almacenada, etc. La sincronización y la interconexión con la red externa también. Han desarrollado un protocolo que mencionan es una poderosa herramienta para simplificar la integración de los recursos de generación distibuidos, es decir, ya tienen avanzando algo que luego podría ser comercialmente impuesto.

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This type of implementation have software and hardware development and in advanced prototype. They are prepared to novel electric market in specific applications. It is good, but is need improve continually and research many topics in microgrid and smartgrid.


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Los residuos sólidos urbanos es generado en las ciudades y pueblos, en otros países se hacen estudios exhaustivos sobre estos residuos, pero sin embargo, en Perú hay poca información y muy dispersa que es necesario que alguien haga una tesis tratando de recopilarla y compilarla con la finalidad de que aparte de una situación actual proponer noveles soluciones a tales casos. Os muestro acá algunos datos.

En un primera figura se muestra la generación de residuos sólidos urbanos en las distintas regiones del Perú, en donde se observará que Lima es la principal productora y luego muy lejos están las otras regiones:

Pos si Lima es la región con mayor producción de residuos sólidos, entonces, nos referimos a las Ciudad de Lima Metropolitana la cual está constituido por muchos distritos, los distritos que más generan residuos sólidos son:

Pero toda esa cantidad de residuos deben ser procesados, almacenados o colocados en algún lugar previamente tratados o simplemente depositados, siendo una alta producción en Lima y Callao, la siguiente gráfica muestra el estado de la disposición final de tales residuos, donde se colocan y en que porcentaje.

Son grandes rellenos sanitarios en los cuales poco se ha hecho en utilizar los residuos sólidos en otras modalidades como puede ser la combustión, la gasificación u otras formas de aprovechar la energía contenida en esos residuos. Pero, una idea de qué están constituidos los residuos sólidos urbanos generados en Perú lo doy en la siguiente figura:

Vemos que un gran porcentaje es materia orgánica… por lo tanto, las soluciones y alternativas saltan a la vista !


Bueno si imaginamos un trozo de madera que ingresa a un cámara de combustión o en el simple cocina a leña, podemos observar la quema de la madera, más esto que al parecer es sencillo algo que es fácilmente reproducible hasta con un cerillo; más si se desea trabajar de manera más rigurosa, se debe cuantificar todo el proceso de combustión con el fin de optimizar la combustión desde los diferentes frentes tanto el termodinámico, económico, etc…

Por lo tanto, la figura se muestra la pérdida de masa de la madera bajo dos parámetros el tiempo y la temperatura; es decir, como va variando la masa en el tiempo de quema y con la temperatura que se va alcanzando en la combustión. Pueden observar que se ha hecho el estudio de la masa de manera adimensional, esto para poder mostrar de manera más lógica la pérdida de la masa durante todo el proceso que involucran tres etapas.

En los centros de investigación lo que hacen es probar diferentes tamaños y formas de madera para que este proceso sea de la mejor performance, y ahi trabajan, los investigadores en mejorar los procesos, obviamente esto involucrado con un sector industrial que está interesado en esto con la finalidad de presentar mejores productos al mercado.


Se define como el proceso exotérmico de oxidación completa de la materia de alta temperatura para convertirla en gas (principalmente vapor de agua y dióxido de carbono) y cenizas, además de calor. El comburente utilizado es generalmente aire. Es el proceso térmica más extendido para el procesado de residuos sólidos urbanos, y existen numerosas tecnologías para la incineración de residuos. Éstas pueden ser divididas genéricamente en dos grandes grupos:

  • Hogares de parrilla: horizontal o inclinada, fijas y móviles.
  • Hogares de lecho fluidizado: circulante, burbujeante o rotativo.

 

El funcionamiento de una planta incineradora con tecnología de parrilla de rodillos móviles se muestra en la ilustración. El diagrama muestra una incineradora de parrilla, en la que los residuos sólidos urbanos son introducidos en el horno a través de una tolva de alimentación mediante un pulpo. En el hogar se lleva a cabo el proceso de secado y combustión de los residuos, así mismo, el flujo de los mismos se logra mediante la utilización de un sistema de rodillos móviles inclinados, que además permiten remover y mezclar los RSU a fin de asegurar una combustión completa y homogénea.

Las cenizas resultantes de este proceso son recogidas y tratadas. El comburente empleado en la combustión es generalmente aire, el cual es introducido en el horno a través de los rodillos. Los gases resultantes de la combustión son posteriormente dirigidos a la caldera de recuperación con el fin de generar energía por medio de un ciclo de Rankine. Por último, antes de su emisión a la atmósfera deben ser sometidos a un proceso de limpieza mediante absorbedores y filtros con el fin de cumplir las restricciones en materia medioambiental.

Los hornos con tecnología de lecho fluidizado, en lugar de un sistema de parrilla, poseen un sustrato de arena refractaria que se mantiene en constante agitación gracias a un sistema de inyección de aire. Estos hornos están equipados con quemadores auxiliares que elevan la temperatura del lecho, mientras que los residuos son depositados en la parte superior del mismo, o bien inyectados desde la parte inferior. La fluidificación tiene lugar cuando la caída de presión del aire que atraviesa el lecho iguala el peso por unidad de sección transversal del mismo. La velocidad del aire a la que esto sucede se denomina velocidad de fluidificación mínima. Incrementar la velocidad por encima de este punto permite que el lecho se expansione permitiendo el burbujeo del mismo. A aproximadamente el doble de la velocidad de fluidificación mínima el lecho se comporta de forma similar a un líquido en ebullición, siendo este punto la región de funcionamiento habitual de los incineradores convencionales de lecho fluido burbujeante. Los hornos de lecho fluido circulante operan a velocidades de inyección de aire muy superiores (en torno a 20 veces la velocidad mínima de fluidificación) lo que genera una mayor turbulencia y arrastre de materiales del lecho posteriormente recuperados en un multiciclón.

De forma similar a las plantas con tecnología de parrilla, los gases son posteriormente enviados a una caldera para la generación de vapor. Los sistemas de limpieza de gases son esencialmente similares en ambas tecnologías. A continuación se muestran de forma esquemática ambos tipos de hornos.


La gasificación es un proceso consistente en la conversión de materia sólida o líquida en gas mediante una oxidación parcial con aplicación de calor, como se muestra esquemáticamente en la figura. La oxidación parcial se obtiene restringiendo el suministro del agente oxidante, generalmente aire. En el caso de que la materia a tratar sean residuos sólidos urbanos, compuestos en su mayoría por materia orgánica, el gas resultante del proceso de gasificación estará formado por una mezcla de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno, metano, agua, nitrógeno y pequeñas cantidades de hidrocarburos. Este gas generalmente tiene un reducido poder calorífico, del orden de 4 a 10 MJ/Nm3. Posteriormente, el gas puede ser empleado para generar energía en calderas, motores y turbinas.

Aunque el agente oxidante empleado en este proceso generalmente es aire, también puede emplearse oxígeno, en cuyo caso el gas resultante, conocido como gas de síntesis, tendrá un poder calorífico mayor (10 – 15 MJ/Nm3). En cualquier caso, el gas obtenido de la gasificación de RSU necesitará de un postratamiento para su adecuación como combustible.


La incineración es un proceso térmico de tratamiento de RSU recogido dentro del marco de gestión integral de residuos sólidos, por ejemplo, en Madria – España lo es bajo la Directiva Comunitaria 75/442/CE. Esta tecnología aporta una serie de ventajas:

  • Reducción en peso y volumen (95 %) de los residuos.
  • Protección del medio ambiente (fiabilidad de las instalaciones de depuración de gases y alta calidad de combustión).
  • Alta disponibilidad y fiabilidad.
  • Valorización energética de los residuos.
  • Disminución de la necesidad de vertederos.
  • Valorización de escorias y cenizas.

Cuando se realiza la evaluación de las carácterísticas operativas de un generador de vapor que quema combustible heterogéneo, como basuras o desechos sólidos urbanos, no es posible obtener una muestra representativa del combustible, ya que la composición de las basuras puede varias mucho. Para el diseño de calderas que las queman, los datos se concentran en el análisis elemental del combustible promedio y en la variación de los componentes, humedad y ceniza; los cálculos de diseño son los mismos que los de calderas que queman combustibles homogéneos.

Cuando se quema un combustible heterogéneo, para evaluar sus características medias y determinar el rendimiento de la caldera, la práctica industrial más generalizada consiste en considerar la caldera como un calorímetro. Para calcular el rendimiento de la unidad, el método emplea los mismos principios que los utilizados cuando se analiza el combustible; la diferencia radica en que el régimen del flujo y el contenido en humedad de los mismos se miden directamente, basándose en el análisis del combustible y en la medida del O2 presente en los humos.

Otras medidas adicionales que se requieren respecto a métodos convencionales, son:

  • Flujo de humos y humedad presente en los mismos.
  • O2 y CO2 en los humos.
  • Régimen de flujo de residuos en los principales puntos de extracción.

Para hacer el ensaye se calculan el exceso de aire, el peso de los humos secos y el agua evporada procedente del combustible, se determinan:

  • El peso de los humos húmedos y su contenido de humedad.
  • El peso de los humos secos que se calcula como diferencia entre las dos cifras anteriores.

La composición de los humos se determina midiendo el O2 y CO2. EL nitrógeno N2a = 100 – (O2 + CO2). El N2(humos) = N2a, con un peso molecular de 28.16 lb/mol. El N2(combust) se desprecia, porque los quemadores de basura siempre operan con un exceso de aire elevado.

La humedad global presente en los humos puede proceder de vapor o de líquidos:

  • Los procedente de vapores se debe:
    • A la humedad del aire.
    • Al vapor de atomización.
    • Al vapor de sopladores.
  • Los procedente de líquidos se debe a:
    • La presente en el combustible.
    • La que se forma por la combustión del H2 del combustible.
    • La que se genera por el agua de apagado de los residuos o cenizas.
    • La relativa a los rociadores existentes en el foso de combustible.

La humedad del aire y la procedente de otras fuentes de vapor se tiene que medir, ya que las pérdidas de rendimiento por calor sensible se deben separar de las pérdidas por agua evaporada, que es la humedad total presente en los humos, menos la debida a fuentes de vapores.

El gasto de aire seco se calcula por medio del N2(humos). El aire exceso se determina con el O2. El aire teórico = aire_total – aire_exceso. El % aire exceso se calcula con los flujos gravimétricos de aire_exceso y aire_teórico.


Ley de conservación de la masa.- Establece que la materia no se crea ni se destruye, por lo que puede hacer un balance de masa, entre la suma de los componentes entrantes y salientes para un proceso determinado, Si x kg de combustible se combinan con y kg de aire, siempre resultan (x+y) kg de productos formados.

Ley de Conservación de la energía.- Estipula que la energía no se crea ni se destruye, de forma que la suma de las energías entrantes (potencial, cinética, térmica, química y eléctrica) en un proceso dado, debe ser igual a la suma de las salientes. En el proceso de combustión la energía química pasa fundamentalmente a energía térmica; cuando se quema 1 lb de carbón que libera 13500 Btu, la cantidad de masa que se convierte en energía es sólo de 3.5 x 10(-10) lb.

Desde el punto de vista de la física nuclear, las leyes de conservación de masa y energía no son muy exactas, pero son bastantes aceptables para los cálculos de combustión que se realizan en Ingeniería.

Ley de los gases ideales.- Según esta ley, el volumen de un gas ideal es directamente proporcional a su temperatura absoluta e inversamente proporcional a su presión. Para 1 mol de cualquier gas ideal la constante de proporcionalidad es la misma, y la ley se expresa en la forma:

vM = RT / p , siendo: vM el volumen/mol, p la presión absoluta, T la temperatura absoluta, R la constante universal de los gases.

Ley de pesos combinados.- Todas las sustancias se combinan según unas proporciones en peso, simples y bien definidas, exactamente proporcionales a las relaciones de los pesos moleculares de los respectivos componentes.

Ley de Avogrado.- Volúmenes iguales de diferentes gases sometidos a idénticas presión y temperatura, tienen el mismo número de moléculas. El cociente entre el peso de 1 mol de una sustancia y su peso molecular es constante; 1 mol de cualquier sustancia químicamente pura tiene el mismo número de moléculas. Por la ley de gases perfectos, como la molécula de cualquier gas ideal ocupa siempre el mismo volumen a una presión y temperatura dadas, se deduce que volúmenes iguales de diferentes gases (en iguales condiciones de presión y temperatura) contienen el mismo número de moléculas.

Ley de Dalton.- La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases individuales, si cada uno de ellos ocupase el volumen que ocupa la mezcla. Cada gas presente en una mezcla ocupa, por sí solo, el volumen global de la misma y ejerce una presión independiente de la de los demás.

Ley de Amagat.- El volumen ocupado por una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes ocupados por cada uno de los componentes de la mezcla, a presión y temperatura idénticas a las de la mezcla.


Un generador de vapor requiere de una fuente de calor a un determinado nivel de temperatura; un combustible fósil se quema en el hogar de la caldera y producir calor, aunque también se puede emplear energía residual procedente de otros procesos.

La combustión es la combinación rápida de O2 con los elementos inflamables del combustible. En la mayoría de los combustibles fósiles hay tres elementos combustibles significativos: C, H2 y S; el S es el de menor importancia como fuente de calor, pero puede tener una influencia importante en problemas de corrosión y contaminación.

El objetivo de una buena combustión es liberar toda la energía del combustible, a la vez que se minimizan las pérdidas derivadas de las imperfecciones de la combustión y del aire.

La combinación de los elementos inflamables del combustible con el oxígeno, requiere de:

  • Temperatura lo suficientemente alta para la ignición de los elementos inflamables.
  • Turbulencia que facilite el íntimo contacto combustible – oxígeno.
  • Tiempo suficiente para completar el proceso.

Estos parámetros se designan frecuentemente como las tres T de la combustión: Temperatura, Tiempo, Turbulencia.

La tabla a continuación relaciona los elementos químicos, simples y compuestos, que se encuentran en los combustibles normalmente utilizados en los diversos tipos de generación de vapor comercial de calor.