GuaBsicaCALDERASINDUSTRIALESEFICIENTESLaSumadeTodosCONSEJERADEECONOMAYHACIENDAComunidaddeMadridwww.madrid.orgGuaBsicadeCalderasIndustrialesEficientesLaSumadeTodosCONSEJERADEECONOMAYHACIENDAComunidaddeMadridwww.madrid.org

EstaGuasepuededescargarenformatopdfdesdelaseccindepublicacionesdelaspginasweb:www.madrid.org(ConsejeradeEconomayHacienda,organizacinDireccinGeneraldeIndus-tria,EnergayMinas)www.fenercom.comSidesearecibirejemplaresdeestapublicacinenformatopapelpuedecontac-tarcon:DireccinGeneraldeIndustria,EnergayMinasdelaComunidaddeMadriddgtecnico@madrid.orgFundacindelaEnergadelaComunidaddeMadridfundacion@fenercom.comLaFundacindelaEnergadelaComunidaddeMadrid,respetuosaconlaliber-tadintelectualdesuscolaboradores,reproducelosoriginalesqueseleentregan,peronoseidentificanecesariamenteconlasideasyopinionesqueenellosseexponeny,portanto,noasumeresponsabilidadalgunadelainformacinconte-nidaenestapublicacin.LaComunidaddeMadridylaFundacindelaEnergadelaComunidaddeMa-drid,nosehacenresponsablesdelasopiniones,imgenes,textosytrabajosdelosautoresdeestagua.DepsitoLegal:M.40.675-2012ImpresinGrfica:GrficasAriasMontano,S.A.28935MSTOLES(Madrid)

AutoresCaptulo1.CombustionJosM.DomnguezCerdeiraGasNaturalSDG,S.A.www.gasnaturaldistribucion.comCaptulo2.CombustiblesJosM.DomnguezCerdeiraGasNaturalSDG,S.A.www.gasnaturaldistribucion.comCaptulo3.ElaguaenlascalderasdevaporJaimeSantiagoCidYgniswww.ygnis.esCaptulo4.CalderasJuanUcedaMartnezViessmannS.L.www.viessmann.esCaptulo5.QuemadoresPabloGarridoOtaolaSedicalwww.sedical.comCaptulo6.AccesoriosdelascalderasSpiraxSarco,S.A.U.www.spiraxsarco.com/esCaptulo7.MantenimientoJavierLahozPequerulROBERTBOSCHESPAA,S.L.U.BoschTermotecnia(TT/SSP1)www.bosch-industrial.comCaptulo8.NormativaJoaqunAlmeidaVulcano-Sadeca,S.A.www.vulcanosadeca.esAnexo1.EconomizadoresJaimeSantiagoCidYgniswww.ygnis.es5

NDICEPRESENTACIN111.COMBUSTIN131.1.Definicindelacombustin131.2.Tringulodelacombustin141.3.Tiposdecombustin151.4.Teoradelallama201.4.1.Definicin201.4.2.Caractersticasdelallama211.4.3.Clasificacindelasllamas221.4.4.Estabilidaddelallama242.COMBUSTIBLES272.1.Unpocodehistoria272.2.Definicindecombustible.Suclasificacin292.3.Propiedadesgeneralesdeloscombustibles302.3.1.Podercalorfico302.3.2.Composicindeloscombustibles322.3.3.Pesoespecficoydensidad322.3.4.Contenidodeazufre332.4.Combustiblesslidos342.4.1.Clasificacin342.4.2.Mododecombustin342.5.Combustibleslquidos352.5.1.Caractersticas352.5.2.Mododecombustin362.6.Combustiblesgaseosos372.6.1.Caractersticas372.6.2.Intercambiabilidaddegases392.6.3.CaractersticasdelosgasesdistribuidosenEspaa413.ElAGuAENlASCAldERASdEvAPoR453.1.Objetivo453.2.Tiposdecalderasdevapor46

73.3.Problemasbsicosplanteadosenelinteriordelascalderasdevapor473.3.1.Incrustaciones473.3.2.Corrosiones493.3.3.Arrastres523.3.4.Depsitos533.4.Principalesimpurezascontenidasenelaguadeaportacinysusefectosenelinteriordelascalderasdevapor533.5.Solucionesalosproblemasplanteadosenlascalderasdevapor.tratamientoyacondicionamientodelagua573.5.1.Tratamientofisico-quimicodelaguadeaportacion573.5.2.Tratamientointernodelaguadecaldera643.5.3.Tratamientodeloscondensados653.5.4.Purgasdelascalderas653.6.Control683.7.Normasoficialesvigentessobrelascaractersticasdelaguaenlascalderasdevapor694.CAldERAS714.1.Clasificacindelascalderassegndisposicindelosfluidos714.1.1.Calderasacuotubulares714.1.2.Calderaspirotubulares734.2.Clasificacindelascalderasporsutecnologia764.2.1.Calderasdeaguacaliente764.2.2.Calderasdeaguasobrecalentada774.2.3.Calderasdefluidotrmico784.2.4.Calderasdevapor784.3.Seleccindeltipodecaldera794.3.1.ReduccindelasemisionesdeNOx794.3.2.Prdidasporradiacinyconveccin814.4.Componentesfundamentales814.4.1.Calderaspirotubulares814.4.2.Calderasacuotubulares834.5.Recuperacindelcalorcontenidoenlosgasesdecombustin(economizadores)854.5.1.Tecnologaderefrigeracindehumosenseco868

4.6.Recuperacindecondensados874.7.Aspectosdediseo.Seleccindepotencia884.8.Regulacin894.8.1.Dispositivosdeseguridadobligatorios904.8.2.Dispositivosdeseguridadsuplementarios914.8.3.Dispositivosdemandoyregulacin924.8.4.Regulacincontinuadelniveldelagua.Funcionamiento24hsinsupervisin944.8.5.Regulacincontinuadelniveldelagua.Funcionamiento72hsinsupervisin955.QuEMAdoRES975.1.Combustin975.2.Quemadoresmecnicos985.2.1.Controlmecnico985.3.Quemadoreselectrnicosconcontroldigital1005.3.1.Controladordigital1005.3.2.Terminaldeoperador/usuario(ABE)1025.3.3.Nivelsonoro1025.4.EmisionesdeNOx1035.4.1.MtodosdereduccindelNOx1045.5.Solucionesdeeficienciaenergtica1075.5.1.variacindevelocidaddelventilador1095.5.2.ControldeO2encontinuo1105.5.3.Casoprctico:mejoradelaeficienciayahorroeconmicoenunaplantadeproductoslcteos1125.5.4.Conclusiones1156.ACCESoRIoSdElASCAldERAS1176.1.Placadecaractersticas1176.2.vlvulasdeseguridad1186.3.vlvulasdeinterrupcinparacalderas1196.4.vlvulasderetencin1206.5.Controldesalesdisueltas(TDS)1216.6.vlvulasdepurgadefondo1226.7.Manmetros1236.8.Indicadoresdeniveldeaguaysusaccesorios1246.8.1.Mantenimiento1266.8.2.Cmarasdecontroldenivel126

96.8.3.Controlesdenivelinstaladosdentrodelacaldera1276.9.Eliminadoresdeaireyrompedoresdevaco1287.MANTENIMIENTo1317.1.Objetodelmantenimientopreventivoensalasdecalderas1317.2.Operacionesdiarias1327.3.Operacionessemanales1337.4.Operacionesmensuales1337.5.Operacionessemestrales1347.6.Operacionesanuales1348.NoRMATIvA1378.1.Disposicingeneral1388.2.Instalacinypuestaenservicio1408.3.Obligacionesdelosusuarios1418.4.Empresasinstaladorasyreparadorasdeequiposapresin1428.5.Calderas.mbitodeaplicacinydefiniciones1438.6.Instalacin1448.7.Prescripcionesdeseguridaddelainstalacin1458.8.Condicionesdeemplazamiento1458.9.Sistemasdevigilancia1478.10.Aguadealimentacinydecaldera1488.11.Inspeccionesperidicas,reparacionesymodificaciones1498.11.1.Inspeccionesperidicas1498.11.2.Reparaciones1508.11.3.Modificaciones1508.12.Obligacionesdelosusuarios1518.12.1.Operacindelacaldera1518.12.2.Mantenimientodelacaldera1518.12.3.vigilanciadelacaldera1518.12.4.Documentacin1518.13.Operadoresdecalderas151ANExo.ECoNoMIZAdoRES153A.1.Elconceptodecalorlatente153A.2.Instalacindeeconomizadoresencalderasdevapor155A.3.Recuperadordehumosenparalelo15610

A.4.Conclusiones159PRESENTACINLaComunidaddeMadridcuentaconunsectorindustrialrelativamentedi-versificado,siendolasprincipalesramasdeactividadlaindustriayproduc-tosmetlicos,materialelctrico,alimentacin,materialdetransporte,pa-pel,textilymaquinariaindustrial.LaimportanciadelsectorindustrialenlaComunidaddeMadridhacequelareginsealasegundadelpasconmayorPIBindustrial,siendounsectorestratgicoconcapacidaddeestimularaotrossectoresyconposibilidadesdegenerarempleo.Enmuchosdeestosprocesosindustrialesserequieredelaaportacindecalorendiferentesestados(vapor,aguasobrecalentada,fluidotrmico),deformaqueseantojaimprescindiblelapresenciadecalderasparasupro-duccin.Estascalderassuponenunodelospuntosdeconsumomselevadosdeunestablecimientoindustrial,porloqueseconsideradesumaimportanciato-marmedidasparaaumentarelahorroenergticoy,enconsecuencia,me-jorarlacompetitividaddelaindustriaencuestin.ConlapresenteGuaeditadaporlaDireccinGeneraldeIndustria,EnergayMinasdelaComunidaddeMadrid,juntoconlaFundacindelaEnerga,sepretendeacercaralempresario,tcnicosdemantenimiento,operariosy,engeneral,todoaquelprofesionaldelsector,lasprincipalescaractersti-casquemuestranestetipodegeneradoresdecalor,incidiendoenaquellaspartesoaspectosclaveparadisminuirelconsumoenergtico,comopuedeserlautilizacindeeconomizadoresolaoptimizacindelosquemadores,ascomopautasaseguirparaaumentarlavidatildelosequipossindismi-nuirsusrendimientos,comoeltratamientodelaguadealimentacinolastareasdemantenimiento.Enparalelo,desdelaComunidaddeMadridseapuestaporlamejoradelaeficienciaenergticadelosequiposyelahorroeconmicodelaindustriaatravsdediferentesactuaciones,entrelasquedestacaelPlanRegionaldeGasificacindePolgonosIndustrialesparalapromocindelusodelgasen

11elsector,medianteelcualseprevqueunas8.500industriaspuedanteneraccesoaestecombustible.Enestecontexto,conlapresentacindeestapublicacinenmarcadaden-trodelacampaaMadridAhorraconEnerga,sepretendeaumentarelconocimientosobreestetipodeinstalacionesyfomentarelahorroylaefi-cienciaenergticaenlasmismas.CarlosLpezJimenoDirectorGeneraldeIndustria,EnergayMinasConsejeradeEconomayHaciendaComunidaddeMadrid12

1.

COMBUSTINLacasitotalidaddelasactividadesdenuestrasociedadsebasanenelusodelaenergaensusdistintasexpresiones,desdeelusodeunvectorenergticocomoeslaelectricidadparalailuminacin,motoreselctricosyequiposelectrnicos,hastaelusodefuentesdeenergacomosonloscom-bustiblesslidos,lquidosygaseososenlacoberturadenuestrasdemandastrmicas.Precisamenteenesteltimousodelaenerga,lacoberturadedemandastrmicasparasusdistintosusos,elprocesofundamentalutilizadoeslacom-bustindelosdenominadoscombustibles.Porotraparte,nobastasimplementeconrealizarlacoberturadelasde-mandastrmicas,sinoqueporelcosteeconmicocrecientedelasfuentesdeenergas,susexistenciasfinitasyelintersdequeelimpactodenuestrasactividadesseaelmenorrazonablementeposible(criterioAlARA),hacequesedebaconoceradecuadamenteesteproceso,paraejecutarloconlamayoreficienciaposibleyconloscombustiblesmsadecuados.Esobjetodeestecaptuloelconocerelprocesodecombustin,losparme-trosqueladefinenylascaractersticasdelosdiferentesmodosderealizarla.1.1.DEFINICINDELACOMBUSTINCombustineselconjuntodeprocesosfsico-qumicosenlosqueunele-mentocombustiblesecombinaconotroelementocomburente(general-menteoxgenoenformadeO2gaseoso),desprendiendoluz,caloryproduc-tosqumicosresultantesdelareaccin(oxidacin).Comoconsecuenciadelareaccindecombustinsetienelaformacindeunallama.Dichallamaesunamasagaseosaincandescentequeemiteluzycalor.Lasreaccionesbsicasdecombustincorrespondenalasreaccionesdeoxidacindelcarbono(C)ydelhidrgeno(H)medianteoxgenoquepuedeaportarseenformapura(oxicombustin)omedianteelaportedeairequelocontieneenunaproporcinmediadel21%.Estasreaccionesson:

13C+O2dCO2+Calor2H2+O2d2H2O+CalorPeroestosdoscomponentesqumicosnoseencuentranhabitualmenteenestadopuroparaactuarcomocombustibles(salvoelcarbonoenelcarbndeorigenfsil).LoscombustiblestienenunacomposicingeneralquesepuedeexpresarcomoCaHbycuyareaccindecombustines:CaHb+nO2daCO2+(b/2)H2O+CalorLacombustinnoesrealmenteunanicareaccinqumica,sinoquesepuedendistinguirtresfasesenlareaccindecombustin:Fasedeprerreaccin(formacinderadicales):elcombustiblesedescomponedandolugaralaformacinderadicales,quesonunoscompuestosintermediosinestablesymuyactivos,paraque,deestemodo,elcarbonoyelhidrgenopuedanreaccionarconeloxgeno.EstosradicalessondeltipoH+,CO-,CH3+(enelcasodelmetano),OH-,O-.Fasedeoxidacin:enestafaseseproducelacombinacinentreradica-lesyeloxgenodeunmodoexotrmico.Escuandotienelugarlapropa-gacindelallama.Fasedeterminacin:enestafaseseformanloscompuestosestablesfi-nales.Elconjuntodeestoscompuestosesloquesedenominangasesdecombustin.Aunexistiendoenelconjuntodeestasreaccionesalgunasendotrmicasyotrasexotrmicas,elbalanceglobalesnetamenteexotrmico.1.2.TRINGULODELACOMBUSTINParaqueseproduzcalacombustin,debenencontrarseenelespacioyeneltiempotreselementos:Combustible.Comburente.14

Fuentedeignicin.Elcombustibleyelcomburentesedebenencontrarenunasproporcionesadecuadas,noproducindoselacombustinfueradeesascondiciones.Adicionalmente,esprecisaunafuentedeenergaqueproduzcaeliniciodelacombustin,loquesedenominafuentedeignicin,yquedespusman-tengaestacombustin.Elconjuntodeestostreselementosesloquesedenominatringulodecom-bustin,otringulodelfuego,delcualsepuedeconcluirqueparamante-nerlacombustindebenestarpresentestodosloselementos.Figura1.1.Tringulodelacombustin.Porotraparte,paraqueseinicielacombustin,esnecesarioqueelcom-bustibleseencuentreenformagaseosa.Porello,loscombustibleslquidosyslidosprecisancalentarseprimeroparaquedesprendanvaporesquepuedaninflamarse.Enconsecuencia,sepuedendiferenciar,paracadamaterial:Temperaturadegasificacin:temperaturaalacualelcombustiblesegasifica.Temperaturadeignicin:temperaturaalacualelcombustibleyagasifi-cadoseinflamaespontneamente.1.3.TIPOSDECOMBUSTINDeacuerdoconelniveldecombustinalcanzadoylacantidaddecom-burenteaportadoalacombustin,sepuedendarlossiguientestiposdecombustin:

15Combustincompleta:esaquellareaccinenlaqueelcombustiblesequemahastaelmximogradoposibledeoxidacin.Enconsecuencia,nohabrsustanciascombustiblesenloshumos.EnlosproductosdelacombustinsepuedeencontrarN2,CO2,H2OySO2.Combustinincompleta:esaquellareaccinenlaqueelcombustiblenoseoxidacompletamente.Seformansustancias,denominadasinque-mados,quetodavapuedenseguiroxidndose,porejemplo,CO.OtrosinquemadospuedenserH2,CnHm,H2SyC.Estassustanciassonloscon-taminantesmscomunesqueescapanalaatmsferaenlosgasesdecombustin.Combustintericaoestequiomtrica:eslacombustinrealizadaconlacantidadtericadeoxgenoestrictamentenecesariaparaproducirlaoxidacintotaldelcombustiblesinqueseproduzcaninquemados.Enconsecuencia,noseencuentraO2enloshumos,yaqueelO2aportadoalacombustinseconsumecompletamenteenlamisma.Combustinconexcesodeaire:eslacombustinquesellevaacaboconunacantidaddeairesuperioralaestequiomtrica.Estacombus-tintiendeanoproducirinquemadosyestpicalapresenciadeO2enloshumos.Sibienlaincorporacindeairepermiteevitarlacombustinincompletaylaformacindeinquemados,traeaparejadalaprdidadecalorenlosproductosdecombustin,reduciendolatemperaturadecombustin,laeficienciaylalongituddellama.Combustincondefectodeaire:enestacombustin,elairedisponibleesmenorqueelnecesarioparaqueseproduzcalaoxidacintotaldelcombustible.Porlotanto,seproduceninquemados.Losparmetrosdelacombustinsonlossiguientes:Temperaturadeinflamacin(flashpoint):eslatemperaturamnimaalacualunlquidoinflamabledesprendesuficientevaporparaformarunamezclainflamableconelairequerodealasuperficiedellquidooenelinteriordelrecipienteempleado.Enlosensayosparadeterminaresepuntosesueleemplearunapequeallamacomofocodeignicin.Ellquidosecalientalentamentedesdeunatemperaturasupuestamenteinferioryaincrementoscrecientesdetemperaturaseaplicaunallamadepruebaalacmaradevapor.Elpuntodeinflamacineslatempera-turaalacualseobservaundestello(flash)alaplicarselallamaofuente16

deignicin.Temperaturadeautoignicinoautoinflamacin:eslatemperaturamni-ma,apresindeunaatmsfera,alaqueunasustanciaencontactoconelaireardeespontneamentesinnecesidaddeunafuentedeignicin.Aestatemperaturasealcanzalaenergadeactivacinsuficienteparaqueseinicielareaccindecombustin.Esteparmetrorecibetambinelnombredetemperaturaopuntodeautoencendido,temperaturadeignicinespontneaoautgena,otemperaturadeignicin.Esteparmetrosirvedereferenciaparaoperacionessinfuentepuntualdeignicinperoconunaelevacinimportantedelatemperatura,talescomotratamientostrmicos,intercambiadoresdecalorconaceitestr-micos,motoreselctricosprotegidos,etc.Latemperaturadeautoignicindehidrocarburosenairedisminuyealaumentarsumasamolecular.As,porejemplo:Metano...........................537Cn-butano........................405Cn-decano......................208CLmitesdeinflamabilidad:sonlasconcentracionesmnimasymximasdelvaporogasenmezclaconelaireenlasquesoninflamables.Seexpresanentantoporcientoenelvolumendemezclavapordecom-bustible-aire.Recibentambinelnombredelmitesdeexplosividad,yaquesegnlascondicionesdeconfinamiento,cantidad,intensidaddelafuentedeignicin,etc.,varalavelocidaddelacombustinyescomnqueseorigineunaexplosin.Losvaloresdellmiteinferiorysuperiordeinflama-bilidaddelimitanelllamadorangoocampodeinflamabilidadoexplo-sividad.Lmiteinferiordeinflamabilidadoexplosividad(L.I.I.oL.I.E.):sede-finecomolaconcentracinmnimadevaporogasenmezclaconelaire,pordebajodelacualnoexistepropagacindelallamaalponerseencontactoconunafuentedeignicin.Ellmiteinferiordeinflamabilidadestrelacionadoconelpuntodein-flamacin,deformaqueesteltimosepuededefinirtambincomolatemperaturamnimaalaquelapresindelvapordellquidooelgascombustiblepuedeproducirunamezclainflamableenellmiteinferiordeinflamabilidad.

17Lmitesuperiordeinflamabilidadoexplosividad(L.S.I.oL.S.E.):sedefinecomolaconcentracinmximadevaporogasenaire,porencimadelacualnotienelugarlapropagacindelallamaalentrarencontactoconunafuentedeignicin.Laprevencindeunacombustinindeseadasepuedeconseguirope-randofueradelrangodeinflamabilidadenprocesosconaire,enparti-cular,asegurandoquelosprocesossedesarrollanpordebajodellmiteinferiordeinflamabilidadoadoptandounfactordeseguridad4-5,queequivaleaestarenel25-20%dellmiteinferiordeinflamabilidad.Podercomburivoro:eselvolumenmnimodeaireseco,medidoencon-dicionesnormales(T=0CyP=1atm),necesarioparalacombustincompletayestequiomtricadelaunidaddecombustible.LasunidadeshabitualessonNm3/kgcombustibleyNm3/Nm3combusti-ble.Dependedelacomposicindelcombustible.Poderfumgeno:eselvolumendeproductosdelacombustin(Nm3)producidosenlacombustinestequiomtricadelaunidaddecombus-tible.LasunidadeshabitualessonNm3/kgcombustibleyNm3/Nm3combustibleSedefinenlospoderesfumgenoshmedoysecosegnseconsidereonoelvapordeaguaexistenteenlosproductosdelacombustin.LaTabla1.1presentalosvaloresdeloscombustiblesmshabituales.TABLA1.1.valoresdelpodercomburvoroyfumgenodeloscombustibles.18

Coeficientedeexcesodeaire:eslarelacinentreelvolumendeaireaplicadoaunacombustinyelvolumenprecisoparaunacombustinestequiomtrica.Serepresentamedianteunnmeroadimensional(n)cuyovalorpuedeser:n=1:aireprecisoparaunacombustinestequiomtrica.n1:excesodeaire,sedicequelamezclaespobreylacombustinpuedesercompleta.Conseguirunamezclaperfectaentrecombustibleycomburenteparaobtenerunacombustincompletaconunarelacinestequiomtricademasasentreellosesmuydifcil,porloquehabitualmenteseincorporaunexcesodeairealacombustin.Estoevitalaproduccindeinquemados,enespecialelmonxidodecarbono,auncuandoesteexcesoproduceunareduccindelrendimientodecombustinaltenerquecalentarunmayorvolumendeaire,enespecialsusinertes(N2)queseevacuanconlosproductosdelacombustin.Rendimientodelacombustin:sedefinecomolarelacinentreelcalortilobtenido(Qtil)yelcalortotalqueaportaelgascombustibleQtotal:Esdecir,ladiferenciaentreelcalortotalyelcalortilserelcalorperdidoenelprocesodecombustin,queestformadopor:Prdidasdecalorporradiacinenelentorno.Porejemplo,lasparedesdelacalderaaumentansutemperatura,produciendounaemisindecalorporradiacinalentorno.Prdidasdecalorsensibleenlosgasesquemados.Losproductosgeneradosenlacombustin,ascomolosgasesinertesquenoreaccionan,seevacuanaunatemperaturasuperioraladeentradadecombustibleycomburente,porloqueenellossepierdeciertacantidaddecalorenformadecalorsensible.Prdidasdecalorlatenteenelvapordeagua.Elvapordeaguage-neradoenlacombustinincorporaunagrancantidaddecalorco-

19rrespondientealcalorlatentedevaporizacinprecisoparasugene-racin.Estecalorgeneradoenlacombustinnoesaprovechadohabitualmen-te,conlaconsiguienteprdidadeenerga,porloquetieneunagranimportanciacuandolastemperaturasdeprocesoprecisasnosuperantemperaturasdelordendelos60C,lautilizacindecalderasdecon-densacinenlascualessereducelatemperaturadelosproductosdecondensacindelosgasesquemadosaproximadamenteanivelespordebajodelos56C,temperaturaalacualsealcanzalatemperaturaderocodelagua,esdecir,latemperaturaalaquesealcanzalatem-peraturadecondensacinalapresinparcialdelvapordeaguaenelconjuntodelosgasesquemadosy,portanto,condensandoelvapordeaguayrecuperandoelcalordecondensacin.Enelcasodelusodegasescombustibles(gasnaturalypropano)tieneunagranimportanciaestatecnologa,yaquepuedenobtenerseau-mentosenelrendimiento,entreun10yun15%sobreunacalderacon-vencional.1.4.TEORADELALLAMA1.4.1.DefinicinLallamaeselespaciofsicodondeseproduceunareaccindecombus-tinqueemitecaloryluz.Comolacombustinesunareaccinexotr-mica(liberacalor),losgasesproducidosenlamismaadquierentempe-raturaselevadas,conloqueemitenradiacin,enparteluminosa,loquedalacaractersticadecolorenlallama,pudiendoserstadedistintoscoloresoprcticamenteinvisible,comoeselcasodelacombustindelhidrgeno.Paraqueunallamasemantengaestableeneltiempo,enlazonadecom-bustinlavelocidaddeaportedelamezcladecombustibleycomburentedebeserigualalavelocidadconlaquesepropagalacombustin,esdecir,lavelocidaddepropagacindelallama.Porotraparte,paraquesemantengaestallama,elaportedecombustibleycomburentedebeencontrarseenunaproporcinsituadadentrodelos20

lmitesfijadosporloslmitesinferiorysuperiordeinflamabilidad.1.4.2.CaractersticasdelallamaLascaractersticasbsicasdelallamasonlassiguientes:TemperaturafinaldelallamaTambinsedenominatemperaturatericadecombustinotemperatu-raadiabticadecombustin.Eslatemperaturaqueseobtendraenunacombustinestequiomtricaconmezclaperfectamentehomogneayenuntanquequepermitaevitarcualquierprdidadecaloralexterior.Enmuchoscasosbastaconvalorardemodoaproximadoelcalorlibera-doparadeterminarlatemperaturaadiabticadecombustin.Estatem-peraturaaumentaconlapotenciacalorficadelcombustibleydisminu-yeconlacapacidadcalorficadelosproductosdecombustin.TemperaturamximatericadelallamaEslatemperaturaquesealcanzacuandolacantidaddeaireempleadaenlacombustineslacantidadestequiomtricamentenecesariaparaello.Setratadeunvalorideal,yaquelascondicionesestequiomtricassonimposiblesdeconseguirenlarealidad.Lastemperaturasmximasdelallamason200-300Cinferioresalatemperaturamximatericadelallama.Siseestutilizandocombustiblegaseosoconcapacidadcalorficabaja,paraconseguirelevarlatemperaturadecombustinhabrquepreca-lentarlamezclaantesdequelleguealatemperaturadecombustin.Enlallamasedistinguentreszonas,queson:Reductora:tambinsellamadardoprimario.Existeaquundefectodeoxgeno.Eslazonamsinterior.Oxidante:hayexcesodeoxgeno.Sellamatambindardoprimario.Eslazonamsexteriorynoesttanclaramentedefinidacomolareductora.Normal:eslazonaquequedaentreunayotra.VelocidaddepropagacindelallamaLavelocidaddepropagacindelallamaeslavelocidadalacualseproducelacombustindelamezclaaire-gasquesaleporelquemador,ysemideencm/s.Segnvasaliendolamezclainflamableporlacabezadelquemador,elfrentedellamavaavanzandoyquemandolamezcla.

21Lavelocidaddepropagacinoavancedelallamadependede:laproporcinentreelcombustibleyelcomburenteconquesereali-zalamezclaprevia(coeficientedeexcesodeaire).lascaractersticasdelcombustible.lascaractersticasdelcomburente.Losgasesnocombustibles,comoelnitrgenopresenteenelaireambiente,disminuyenlavelocidaddepropagacin,alcontrarioquelosgasescombustibles,comoelhidrgeno,quelaaumentan.latemperaturadelamezcla.Amedidaqueaumentalatemperaturadelamezcla,aumentalavelocidaddepropagacin.1.4.3.ClasificacindelasllamasLasllamassepuedenclasificarsegnconfluyanlosreactivosalazonadecombustinen:llamasdepremezcla(lamezclaseproducepreviaalazonadellama).llamasdedifusin(lamezclaseproduceenlamismazonadellama).Enlaprctica,puedenpresentarsellamasdetipointermedio,esdecir,lla-masparcialmentepremezcladas,ollamasenlasqueunadelascorrienteseslaminarylaotraturbulenta.Segneltipodemovimientodelosfluidosqueintervienen,tambinseclasi-ficanenllamaslaminaresyturbulentas.LasllamaslaminaressecaracterizanportenernmerosdeReynoldsbajos,inferioresa2.000,mientrasquelasturbulentastienennmerosdeReynoldsmayoresde4.000.LlamasdepremezclaEslacombustinenlaquesemezclanpreviamenteelcombustibleconaireuoxgenoyacontinuacinlamezclapasaalazonadecombustin,donde,porlaptimamezclaentrecombustibleycomburente,producenunacom-22

bustinmuyeficiente.Eslahabitualdeloscombustiblesgaseosos,comolosmecherosdelaboratorio,loshornillosdegasylosquemadoresagasdecalderas.Figura1.2.llamaBunsen.A)Zonallamaoxidante;B)Zonallamareductora;C)Conofro(sincombustin);E)Aportacinairesecundario;H)Mezclaaireprimariocombustible.Estasllamaspuedenpresentarsededosformasbsicas:laminares:formanunfrentedellamascontinuo,claramentedefinido,conformaaerodinmica.Sepuedenobservarcomollamasdepropaga-cinentubosocomollamasesfricaspropagndosedesdeunafuentedeignicin.Lallamadivideunaregindemezclareactantefradelazonadegasesdecombustincalientes.Lallamalaminaridealesplanayadiabtica.Lallamaesunaregindelgadaenlaquetienenlugarelprecalentado,laignicinylacombustin.Suespesorapresinatmosfricaparalamayoradelasllamasesdelordende1mm.Turbulentas:elflujonoregulardelosreactivosproduceunarpidafluc-tuacin,acelerandolamezcladecombustibleycomburente.Porello,sondemuyaltaeficienciaencuantoalaproduccindecalorporuni-daddevolumenocupado.Estetipodecombustineselutilizadoenlosquemadoresdecalderasagasyenlosmotoresdecombustininterna.

23LlamasdedifusinLoscombustibleslquidosyslidos,yalgunosgases(encircunstanciasespe-ciales),sonlosqueproducenestetipodellamas.Unavelaproporcionaunbuenejemplo.Elcombustible(ceraenestecaso)sefundeyvaporizaporelcalordelallamayemergecomounacorrientees-tacionariadevapor,procedentedelamecha.Elairearrastradoformaunacorrientedeconveccinhacialabasedelallama(difundedeafuerahaciaadentro).Debidoaqueciertaspartessonricasencombustibles,lasllamasdedifusindeloshidrocarburossuelenseramarillasacausadelapresenciadepartculasdecarbnincandescentes.Sinohayairesuficienteparaoxidarestecarbn,enlasltimasetapasdecombustinlallamapuedeproducirhumo.Algunasllamasdedifusinnoproducencarbn,porejemplo,lallamadelalcoholmetlico.1.4.4.EstabilidaddelallamaParaquelallamaquedeadheridaalquemadory,portanto,seaestable,debeexistirunequilibrioentrelavelocidaddesalidadelamezclacombus-tibleporelquemadorylavelocidaddeavancedelallama.Lainestabilidaddelallamaseproducepor:Aumentodelavelocidaddesalidadelamezclaaire-combustibleenrelacinalavelocidaddeavancedelallamahastaunlmitequepuedaproducirundespegueodesprendimientodelallama.disminucindelavelocidaddesalidadelamezclaaire-combustibleenrelacinalavelocidaddeavancedelallamahastaunlmitequepuedaproducirunretrocesodelallama.Esteltimofenmenosueleserfrecuenteengasesconaltocontenidoenhidrgeno,debidoasualtavelocidaddepropagacindellama.24

Losdefectosdeestabilidaddellamamshabitualesson:RetrocesodellamaElretornodelallamaseproducecuandolallamasepropagaalinteriordelquemadorysedebeaquelavelocidaddesalidadelamezclaaire-gasesmenorquelavelocidaddepropagacindelacombustin.Seco-rrigeaumentandolapresindealimentacinocambiandoelinyector.Figura1.3.Retrocesodellama.DesprendimientodellamaEldesprendimientodelallamaseproducecuandolavelocidaddesalidadelamezclaaire-gasporlosorificiosdelacabezadelquemadoressupe-rioralavelocidaddepropagacindelacombustin.Secorrigedisminu-yendolapresindealimentacin,cambiandoelinyectororegulandoelaireprimario.Tambinpuededarseestefenmenosiexisteunexcesodeaireprimarioy,enestecaso,debenajustarselaslumbrerasdelquemador.Tienentendenciaaldesprendimientolosquemadoresqueseencuentranalimentadosporgasnatural,butano,propanoosusmezclasconaire.Figura1.4.Desprendimientodellama.

25PuntasamarillasElfenmenodelaspuntasamarillassecaracterizaporlaaparicindeflecosamarillosenlacimadelconoazulenelinteriordelallama.Estosflecosama-rillossondebidosalaformacindepartculasdecarbonoenelinteriordelallamaproducidasporunaincorrectacombustindeloshidrocarburosquecomponenelgascombustible.Estaspartculasdecarbonoestnsometidasatemperaturasmuyelevadas,porloque,llevadasalaincandescencia,danlacoloracinamarilladelallama.Estaspartculasdecarbonodebenrecibireloxgenonecesarioparasucom-bustinantesdequesutemperaturaseademasiadobaja,porque,sino,seescapandelallama,pudindosedepositarsiencuentranunasuperficiefra.Laaparicindepuntasamarillasescaractersticadecadagasyseproducecuandohayunexcesodegascombustibleounafaltadeaireprimario.EstabilizacindelallamaLosdiferentesfactoresqueinfluyenenlaestabilidadyaspectosdelasllamassonlosmostradosenlaTabla1.2:TABLA1.2.Factoresqueinfluyenenelaspectodelallama.Deacuerdoconestatablayeldefectodeestabilidadobservado,sepue-denadoptarlasmedidascorrectorasadecuadas.26

2.

COMBUSTIBLES2.1.UNPOCODEHISTORIADesdelosprincipiosdelasociedad,todasnuestrasactividadeshanenvueltoelusodeenergaencualquieradesusdistintasformas,tantoparasatisfa-cernuestrasdemandastrmicas,enformadecalor,comoparatransformarestecalorentrabajomecnicooenenergaelctrica.Perolaobtencindeesaenergatieneuncostetantoeconmicocomosocialymedioambiental,porloquenoslosedebenconocerbienlosprocesosdecombustinaso-ciados,sinotambinlasfuentesdeenergadisponiblesparaobtenerdichacombustin,conelfinderealizarlamejorseleccinposibledelmismo.Siempresehanusadolosproductosdeorigenforestal(madera)yagrcola(paja,cascaras,etc.)comofuentedeenergaparaobtenercalor,peroesimportanterecordarquealolargodelossiglosloscambiostranscendenta-lesennuestromododevidaatravsdeloquesehandenominadolasrevo-lucionesindustrialeshanestadocompletamenteligadosalusodefuentesdeenergamuydeterminadas.As,enlossiglosXVIIIyXIX,laprimerarevolucinindustrialfueposiblegraciasalusodecombustiblesslidos,comoelcarbn,principalmenteenlapro-duccindevaporparalaobtencindetrabajosmecnicos,permitiendoaslaindustrializacindeprocesoshastaentoncesartesanos.EsporelloqueelsigloXIXfuedenominadolasociedaddeloscombustiblesslidos.Foto2.1.Mquinadevapor.

27EnelsigloXX,graciasalaindustrializacindelaextraccinyrefinadodelpe-trleo,seobtuvierondeunmodoeconmicocombustibleslquidos,comolasgasolinas,gasleosyfuelleos,queimpulsaronuncrecimientoecon-micobasadoensuconsumo,tantoenlacoberturadedemandastrmicascomoeneltransporteyenlaproduccindeenergaelctrica.Todoellocondujoaloquesedenominlasociedaddeloscombustibleslquidos.Perolascondicionesdeconsumodecombustiblesprovenientesdelpetrleocambiaronapartirdel16deoctubrede1973,cuandoseprodujolaprimeracrisisenergticadebidaalembargodesuministrodecrudoaOccidentedecretadoporlaOPEP(OrganizacindePasesExportadoresdePetrleo)comoconsecuenciadelacuartaguerrarabe-israel,laguerradelYomKipur(6.10.1973).Estehechollevaunincrementodesuprecio(de4a12US$porbarril)nuncavistodesdelafinalizacindelaSegundaGuerraMun-dialyquefueelprincipiodeloquesepodradenominarlamontaarusadepreciosdelpetrleo,enlaque,antecualquiertensingeopoltica,suprecioalcanzamximostemporales.Esteaspecto,unidoalincrementoenloscostesprecisosparalaextraccinenyacimientosdecrudo,hacequelatendenciaeneltiempodelpreciodeloscombustiblesprovenientesdelpetrleoseaascendente.Figura2.1.Tendenciadelospreciosdelpetrleo1996-2010.DesdefinalesdelsigloXX,ydeformacrecienteenestosalboresdelsigloXXI,28

seobservaunusocrecientedelasenergasdetiporenovable,tantoparalaproduccindeenergaelctrica(sistemaselicos,fotovolticosytermoso-lares)comoparalaproduccindeenergatrmica(sistemassolarestrmi-cosybiomasa)quebuscanunamejoraenlaseguridaddelabastecimientoenergtico,ascomounareduccindelimpactodenuestrasactividadessobreelmedioambiente,locualllevarprevisiblementeenlasegundami-taddenuestrosigloalasociedaddelasenergasrenovables.Perolatransicinaunnuevomodeloenergticonoesposiblerealizarladeunmodobrusco,msancuandolasdemandasenergticasdenuestrasociedadsoncontinuaseirrenunciables.Comolasenergasrenovablesyamencionadasnosonpredeciblesengranmedidaensuproducciny,portanto,nosoncompletamentegestionables,esprecisodisponerdefuentesdeenergaconvencionalesquecubranestasdemandascuandolasreno-vablesnosonsuficientes.Adems,sedeberealizarunesfuerzodeeficienciaenergticaporelcualnuestrasnecesidadesenergticasseancubiertasconlamenorcantidaddeenergaposible.Finalmente,laactualcoyunturaeconmicayfinancieraexigequelassolu-cionesdemejoradelaeficienciaenergticadebanserlomseconmicasposible,esdecir,quelainversininicialprecisasealamenorposible,parapoderasaccederfinancieramentealasmismas.Porello,sedebedisponerdesolucionesquepermitanesatransicin.Esahdondeloscombustiblesgaseosos,enespecialelgasnatural,representanunasolucinidneaparaestacuestin,porsubajoimpactomedioambiental,laeficienciaenergticadelastecnologasasociadasaestoscombustiblesysueficienciaeconmica,tantoenelcosteinicialdesussolucionescomoenelcostedesuexplotacin.Estaidoneidadseincrementaconsiderandoquelasreservasprobadasdegasnaturalsehanmultiplicadoporeldesarrollodetecnologasquepermitensuextraccindeyacimientosnoconvencionales.2.2.DEFINICINDECOMBUSTIBLE.SUCLASIFICACINCombustibleescualquiermaterialcapazdeliberarenergaenformadeca-lorcuandoreaccionaconeloxgeno,habitualmenteelcontenidoenelaire,transformandosuestructuraqumica.Suponelaliberacindeunaenergadesuformapotencialaunaformautilizable(porserunareaccinqumica,seconocecomoenergaqumica).Engeneral,setratadesustanciassus-ceptiblesdequemarse.

29Deacuerdoconsuestadodeagregacin,loscombustiblesseclasificanen:Combustiblesslidos:sonaquellassubstanciasenlasquesusmolculaspresentanunagrancohesinentres,yaquelasfuerzasdeatraccinsonsuperioresalasqueoriginanlosmovimientosmoleculares.Sucaractersti-cafundamentalesquemantienenunaformayvolumendefinidos.Combustibleslquidos:sonaquellassubstanciasenlasquelasfuerzasre-sultantesdelosmovimientosmolecularessonlosuficientementeelevadasfrentealasfuerzasdeatraccinparapermitirelmovimientodelasmo-lculasentres,permitindolefluiryadaptarsealaformadelrecipientequelascontiene.Sucaractersticafundamentalesquenoposeenunaformadefinida,aunquemantienenunvolumendeterminado.Combustiblesgaseosos:sonaquellassubstanciasenlasquelasfuerzasresultantesdelosmovimientosmolecularessonmuysuperioresalasfuer-zasdeatraccinentremolculas.Porello,lasmolculasdelosgasessedistancianocupandotodoelespaciodisponible.Sinosecontienenenunespaciocerrado,sedifundenenlaatmsfera.Sucaractersticafunda-mentalesquetienenformayvolumenvariablesyejercenpresinsobrelasparedesdelrecipientequelascontiene.Alcontrariodelosslidosyloslquidos,losgasessoncompresibles,porloquesiemprequeseindiqueunvolumendeberprecisarselapresinylatemperaturaalasquesehamedido.2.3.PROPIEDADESGENERALESDELOSCOMBUSTIBLESIndependientementedeltipodecombustible,stossedefinenporunaseriedepropiedadesgenricas,delasqueseindicanlassiguientes:2.3.1.PodercalorficoEslacantidaddeenerga(calor)desprendidaporunaunidaddecombus-tibleensucombustincompletaparaunascondicionesdeterminadasdepresinytemperaturadelosproductosquereaccionanydelosproductosresultantes.Paraloscombustiblescuyosproductosdelacombustin(gasesquemados)30

contienenvapordeagua,sedebediferenciarsilacantidaddeenergamedidaincluyelaenergacorrespondientealcalordevaporizacindeesevapordeaguaono.Efectivamente,silosgasesquemadosseevacuandi-rectamentealaatmsferasinactuarsobreellos,laenergaincorporadaalaentalpadelvapordeaguaenformadecalorlatentedevaporizacinnoseaprovecha,perosiestosgasesquemadosseenfran,sepuedeaprovecharelcalorsensibledelosgases,peroloqueesmsimportante,sisedisminuyelatemperaturapordebajodelatemperaturadepuntoderocodelvapordeagua,stecondensa,cediendo(exotrmico)elcorrespondientecalordecondensacin,yobteniendounaenergaadicionalquepuederepresen-tarhastaun11%deltotaldeenergaenelcasodelgasnatural.Porello,sedefinendostiposdepodercalorficosegnlatemperaturafinaldelosgasesquemados:Podercalorficosuperior(Hs):eslacantidaddeenergadesprendidaporunaunidaddecombustibleenfriandolosgasesquemadoshasta0Capre-sinatmosfrica.Enestascondiciones,elvapordeaguahacondensado,cediendosucalorlatentedevaporizacin(enestecasodecondensacin).SemideenkWh/kg(combustiblesslidosylquidos)oenkWh/Nm3(combus-tiblesgaseosos).Podercalorficoinferior(Hi):eslacantidaddeenergadesprendidaporunaunidaddecombustibleenfriandolosgasesquemadoshasta0Capresinatmosfrica,perosinconsiderarelcalorlatentedecondensacindelvapordeaguaproducido.SemideenkWh/kg(combustiblesslidosylquidos)oenkWh/Nm3(combustiblesgaseosos).Elpodercalorficodeloscombustibleslquidosygaseososmshabitualesenlaproduccintrmicaenlaindustria,estnindicadosenlasiguienteTabla2.1.TABLA2.1.Poderescalorficosdeloscombustibles.31

2.3.2.ComposicindeloscombustiblesLacomposicindeuncombustibleesfundamentalparapoderdeterminarlosparmetroscaractersticosdesucombustinypreverlaposibleemisindeproductosnocivosocontaminantes.Demodogenrico,tienenensucomposicinunaseriedeelementosqumicosquedeterminansucompor-tamientoenelprocesodecombustin.Estossonlossiguientes:demodomayoritario,contienencarbono(C)ehidrgeno(H),seaenfor-malibreocombinadaenformadehidrocarburos.Sonloscomponentesprincipalesparalaobtencindeenergatrmica.Azufre(S),bienenformalibreocombinada.debidoaqueensucombus-tinseproducencompuestosdeefectoperjudicialparaelmedioam-biente,seexigecadavezmslareduccindesupresencia,aunqueenciertoscombustiblesestorepresentaunagrandificultad.oxgeno(o),biencombinadoconelcarbonoyelhidrogenoobienpre-senteenestadolibreenelcombustible(casodelasmezclasaire-propa-no,porejemplo).Inertescomosonlahumedad,lascenizas,elCo2yelnitrgeno.Deacuerdoconlacomposicinqumicadelcombustiblesepuededetermi-narelpodercalorficodelmismodeacuerdoconloscaloresdeformacindesuscomponentesylasreaccionesdecombustinquetienenlugar.Lascaractersticasfsicasdeloscombustibleslquidosygaseososprove-nientesdelpetrleo,estnreguladasenEspaamedianteelRealDecreto61/2006de31deEneroylamodificacin(paracombustibleslquidosybio-carburantes)realizadaenelRealDecreto1088/210de3deSeptiembre.2.3.3.PesoespecficoydensidadPesoespecficodeuncombustible:sedefinecomoelpesodeunaunidaddevolumendelmismoencondicionesnormalizadasdetemperaturaypre-sin.Paracombustibleslquidosseconsideraunatemperaturadereferenciade15Cyparacombustiblesgaseososesde0C,apresinatmosfrica.Encombustiblesslidosylquidos,launidaddevolumenesellitro(kg/litro)y32

encombustiblesslidoselmetrocbicoencondicionesnormales(kg/Nm3).LospesosespecficosdeloscombustiblesmshabitualesseobservanenlaTabla2.2.TABLA2.2.Pesosespecficosdeloscombustibles.Densidaddeuncombustible:sedefinecomolarelacinentreelpesoespe-cficodelcombustibleyeldeunasubstanciadereferencia.Estaunidadesadimensional.Enelcasodecombustibleslquidosyslidoslasubstanciadereferenciaeselaguayenelcasodecombustiblesgaseososestareferenciaeselaire.LasdensidadesdeloscombustiblesmshabitualesseindicanenlaTabla2.3.TABLA2.3.Densidadesdeloscombustibles.2.3.4.ContenidodeazufreEsprecisoconocerelcontenidodeazufreenelcombustibleparavalorarlacantidaddeSO2queaparecerenlosproductosdelacombustin,que,trassuhidrolizacin,eselresponsabledeladenominadalluviacida.Enlacombustin,elazufrereaccionasegn:S+O2dSO2

33Yaenlaatmsfera,elSO2sehidrolizaendosfases,produciendocidosulfrico:SO2+O2dSO3SO3+H2OdSO4H2Ademsdelareduccinenelcontenidodeazufre,unaformadereducirlaformacindeSO3escontrolarelexcesodeaire,demodoqueseminimicelacantidaddeoxgenolibreenlosproductosdelacombustin.Elgasnatural,ascomolosgaseslicuadosdelpetrleo(propanoybutano),seencuentranexentosdeazufreensucomposicin,mientrasqueelgasleodecalefaccin(GasleoC)tendrporreglamentacinuncontenidomxi-mode1.000mg/kg(1%).2.4.COMBUSTIBLESSLIDOS2.4.1.ClasificacinLoscombustiblesslidosseclasificaninicialmentecomonaturalesoelabo-rados.Combustiblesnaturales:sonaquellosdeprocedencianatural,sinprocesodeelaboracinprevio.Deacuerdoconsuorigensepuedenclasificaren:deorigenvegetal.deorigenfsil.Combustibleselaborados:sonlosqueseobtienenmediantetcnicasdedescomposicintrmicademateriasnaturalesocomoresiduosdeotrosprocesosqumicos.Losmshabitualessonelcarbndemadera,elcokedecarbnoelcokedepetrleo.2.4.2.MododecombustinElprocesocompletodecombustindeunslidoincluyelassiguientesfases:Secadodelcombustible,produciendoprimerolaevaporacindelagua34

contenida(humedaddelcombustible)ysuevacuacinhastaelexterior,elevandoacontinuacinlatemperaturadelcombustiblehastalatem-peraturadepirlisis.Esteprocesoesendotrmico.Pirlisisdelcombustible,porlaqueapartirdeunatemperaturaseprodu-celadescomposicintrmicadelmismoproduciendoporunapartevol-tiles(CO2,CO,CH4,H2,etc.)enformagaseosaylacomponentecarbonosaaltamentereactiva.Losvoltilescombustionan,produciendollamayman-teniendolapresinparcialdeO2muybajaenlazonaprximaalasuper-ficiecarbonosa,porloquenoseproducelacombustincarbonosahastaqueseoxidanestosvoltiles.Esteprocesoesfuertementeendotrmico.Combustindelacomponentecarbonosa,procesodeoxidacinbasa-doenladifusindelcomburenteenlamatrizcarbonosa,porloquelacombustinseproduceendosetapas:C+O2dCOCO+O2dCO2Laprimerareaccinseproducesobrelasuperficiedelcombustibleysuproducto,elCO,sedifundehaciaelexterior,dandolugaralasegundareaccinEntodoesteproceso,slolaoxidacindevoltilesylacombustindelacomponentecarbonosasonreaccionesexotrmicas.2.5.COMBUSTIBLESLQUIDOS2.5.1.CaractersticasLascaractersticasespecficasmsimportantesdeloscombustibleslquidosson:Densidad:loscombustiblessecomercializanenvolumen,porelloesimpor-tantesaberladensidadquetienenatemperaturaambiente.Lasdensida-desdeloscombustiblesmshabitualesson:Gasolinas:0,60/0,70Gasleos:0,825/0,880Fuelleos:0,92/1

35Viscosidad:midelaresistenciainternaquepresentaunfluidoaldesplaza-mientodesusmolculas.Estaresistenciavienedelrozamientodeunasmol-culasconotras.Puedeserabsolutaodinmica,obienrelativaocinemtica.Lafluidezeslainversadelaviscosidad.Porello,lamedidadelaviscosidadesimportanteporquevaadarunaideadelafluidezdelcombustible;per-miteapreciarlaposibilidaddelbombeodeunproductoenunacanaliza-cin.Puntodeinflamacin:sedefinecomolamnimatemperaturaalacuallosvaporesoriginadosenelcalentamientoaunaciertavelocidaddeunamuestradecombustibleseinflamancuandoseponenencontactoconunallamapilotodeunaformadeterminada.Elpuntodeinflamacindaunaideadelacantidaddecompuestosvoltilesomuyvoltilesquepuedete-neruncombustible.Puntodeenturbiamiento:eslatemperaturamnimaalaquesometiendoelcombustibleaunenfriamientocontroladoseformanenelsenodelmismolosprimeroscristalesdeparafina(decadenascarbonadaslineales,alca-nos),quesonlosdemayorpuntodecongelacinylosmspesados.Loscomponentesmspesadossonlosquecristalizanysolidificanantesysonlosdemsaltopuntodecongelacin(lohacenconmscalor).Dificultanelfluirdelcombustible.2.5.2.MododecombustinPorsucaractersticalquida,enestoscombustiblessedebeproducirunaevaporacindellquido,demodoquesefacilitelareaccincombustible-comburente.Porello,setienequeincrementarlasuperficiedecontactoentreambos,paralocualelcombustiblesepulverizaasuentradaenlac-maradecombustin,produciendogotasdecombustiblelomspequeasendimetroposible.Enestasgotas,antelatemperaturacircundante,seproduceunaevapora-cindelcombustiblequegeneraunanubegaseosaasualrededorenlaqueseproducelacombustin.Silapulverizacinnoeslaadecuada(gotasdemasiadograndes),lacombustinalcanzalasuperficiedelagotaconunaconcentracindemasiadobajadeoxgeno,locualgeneraunacombustin36

incompletaconlaconsiguienteproduccindeinquemadosyhollines.Paraevitarestamalacombustin,loscombustibleslquidosdebenpresuri-zarseprevioasumezcla,introducindoseenlacmaradecombustinme-dianteinyectoresquefavorecenesapulverizacinnecesaria.2.6.COMBUSTIBLESGASEOSOSLoscombustiblesgaseososhantenidounagranimportanciaenlacober-turadelasdemandasdenuestrasociedad,yadesdeelsigloXIX.Efecti-vamente,desdelamitaddelsigloXIXseempleelgasmanufacturado,tambinllamadogasciudadogasdevillaenelalumbradopblicodemuchasdenuestrasciudades,ladenominadaluzdegas.Estegasestabacompuestoporunamezcladehidrgeno,monxidodecarbono,nitrgenoyvapordeagua,yeraproducidoporladestilacinsecadehullas.DesdeprincipiosdelsigloXX,coneldesarrollodelatecnologadetransporteportuberas,sedesarrollprincipalmenteenlosEstadosUnidoselusodelosgasescombustibles,tantolosprovenientesdelpetrleocomodelgasnatural.EnEuropaeldesarrollodelgasnaturalcomenzdespusdelaSegundaGuerraMundialyenEspaaeliniciodesuusofueen1967,conlainaugura-cindelaplantaderegasificacindeBarcelona.AMadridllegporprime-ravezen1987,esdecir,sihablamosdelgasnaturalenparticular,hablamosdeunahistoriamuyreciente,porloquesiseconsideraqueyarepresentael27%delaenergaprimariaconsumidaennuestropas,nosdaunaideadelasventajasquerepresentaeneficienciayprecio.2.6.1.CaractersticasPorsucarctergaseoso,lacaractersticamsimportanteeslacompresibi-lidad.Losgasessoncompresibles,consiguindoseconlamismamasadegasva-riacionesimportantesdevolumenenfuncindelascondicionesdepresinytemperatura.Estapropiedadtieneunaaplicacindirectaeneltransportedelosgasesatravsdetuberas,yaqueelvolumenavehicularsereduceconsiderablementeenfuncindelapresin,yeslavariacindepresin

37entrelasdistintasseccionesdelacanalizacinloqueoriginaelmovimientodelgasporsuinterior.Sinembargo,esimportanteresaltarquelosgasespuedenllegaralicuar-seporcompresin,peronotodoslosgasessecomportandeigualmaneracuandosecomprimenyelloesconsecuenciadeundeterminadovalordelatemperaturacrtica.OtroaspectoadestacaresquelafacturacindelosgasescombustiblesserealizasegnelcosteeconmicoporkWhdeenerga,deacuerdoconelpodercalorficosuperior(PCS)delgas,mientrasqueelparmetrodefac-turacinencombustibleslquidosyslidosserealizadeacuerdoasupodercalorficoinferior(PCI).Comolalecturadelconsumorealdelgashabitualmenteserealizapormediosvolumtricosenformagaseosa,aunapresinyaunatempera-turadeterminada,elprocedimientoparaprocederasufacturacineselsiguiente:1.Tomadelalectura(enmetroscbicos)inicialyfinaldelperodoafactu-rary,pordiferencia,clculodelconsumodelperodoenm3(consumobruto).2.Conversindelconsumobrutoalequivalenteenunascondicionesnor-malizadasdepresinytemperatura,obteniendoelconsumocorregi-dooconsumoneto,paralocual:Parapequeosconsumossetomacomoconstantelapresindemedidadeacuerdoconlapresinderegulacinaguasarribadelcontadorysetomacomoconstantelatemperaturamediaanualenelpuntogeogrficodelconsumo.Paraconsumosmayores,seinstalauncorrectordemedida,elcualtomaencadainstantelatemperaturaypresindelgasquecircula,elcaudalcirculanteyrealizalaconversininstantneaaconsu-mocorregido,almacenandoyacumulandosuvalory,ensucaso,transmitindoloaloperadordelsistemadedistribucinmedianteunsistemadetelemedida,quepermiteelconocimientodiariodeeseconsumo.TodoelloestregidoporloindicadoenelProcedimientodeDetalle38

n1delasNormasdelGestorTcnicodelSistema(NGTS)ylasresolu-cionesposterioresquelamodifican(resolucin15496de22septiem-brede2011).3.Elconsumoencondicionesnormalessemultiplicaporelpodercalo-rficosuperiordelgasenestascondicionesnormalesy,deacuerdoconlascaractersticasdelgasendichareddedistribucin,seobtienelaenergasuministradaenesainstalacin.Esaesteelvaloralqueseapli-canloscorrespondientescosteseconmicosdefacturacin.2.6.2.IntercambiabilidaddegasesLaposibilidaddesustituirungascombustibleporotroensuutilizacinenunaparatodemodoquelascondicionesdefuncionamientosemantenganenparmetroscorrectos,sedenominaintercambiabilidaddegasescombus-tibles.Sedicequedosgasessonintercambiablesparasuusoenunaparato,cuan-dopermitenmantenerlapotenciacalorficadelaparato,laestabilidaddelallamaylacalidaddelacombustin.ParadefinirlaintercambiabilidadentredosgasesseutilizahabitualmenteelmtododeDelbourgqueempleacomoparmetroselndicedeWobbeyelpotencialdecombustin.ndicedeWobbe(W)Sedefinecomolarelacinentreelpodercalorficodelgasporunidaddevolumenylarazcuadradadesudensidadrelativa.SegnseutiliceelPCSoelPCI,sehablardendicedeWobbesuperior(Ws)ondicedeWobbeinferior(Wi).NormalmenteseutilizaelndicedeWobbesuperior.LasunidadeshabitualessonMJ/Nm3ykWh/Nm3.DeacuerdoconlanormaUNE-EN-437:2003(quesustituyealaderogadaUNE60002),losgasescombustiblesseclasificanen3familias,segnelvalordesundicedeWobbe,comoindicalaTabla2.4.

39TABLA2.4.Clasificacindegasescombustibles.EnEspaa,ladistribucindegasesdelaprimerafamilia(manufacturados)yanoserealiza,delasegundafamiliaelgasdistribuidopertenecealGrupoH,yelbutanoyelpropanocomercialdistribuidospertenecenalatercerafamilia.Potencialdecombustin(C)Esunvalorproporcionalalavelocidaddepropagacindecombustinqueseadoptaantelaimposibilidaddefijarsta,pordependerdemuchosfac-tores(naturalezadelgas,temperatura,etc.).Elvalordelavelocidaddecombustinhadeestarenequilibrioconeldelavelocidaddesalidadelamezclaaire-gasparaquenohayanidesprendi-mientoniretrocesodellama.LaFig.2.2.reproduceundiagramadeintercambiabilidadenelque,conoci-doslosndicesdeungas,sepuededeterminaraqufamiliaperteneceylos40

fenmenosdecombustinquepuedepresentar.Figura2.2.Diagramadeintercambiabilidad.2.6.3.CaractersticasdelosgasesdistribuidosenEspaaElgasnaturalLosgasesnaturalessonmezclasdegasesformadosfundamentalmenteporhidrocarburosgaseosos.Sucomponenteprincipaleselmetano,cuyapro-porcinessuperioral70%.Seextraendelanaturalezadebolsasdegas,bajotierra,cubiertasporca-pasimpermeablesqueimpidensusalidaalexterioryenlosltimosaos

41tambinseobtienedelasdenominadasfuentesnoconvencionales,comoeldenominadogasdeesquistos(shalegas)enelqueelgasnaturalseencuentraatrapadoenestratosdeesquistosarcillosossedimentariosdebajapermeabilidad.Estaltimaprocedenciahahechoquelasreservasmundialesprobadasdegasnaturalhayancrecidodemaneramuyimpor-tante.LaTabla2.5muestralacomposicindegasesnaturalesdediversasproce-dencias.TABLA2.5.Composicindelgasnatural(%)segnsuprocedencia.Encondicionesnormalesdepresinytemperatura,elgasnaturalseencuen-traenestadogaseoso,debiendobajarsesutemperaturahastalos163Cne-gativosparaqueselicueapresinatmosfrica,reducindoseenestecasosuvolumenunas600vecesrespectoasuvolumengaseoso.Estapropiedadseaprovechaparasutransportealargasdistanciasmediantebuquesme-taneros.Silatemperaturadelgasnaturalsuperalos82,7Cnegativos(temperatura42

crtica),pormuchoqueseelevelapresin,elgasnoselicua.GaseslicuadosdelpetrleoLosgaseslicuadosdelpetrleo(GLP)sonmezclascomercialesdehidrocar-burosenlosqueelbutanooelpropanosondominantes.Encondicionesnormalesdepresinytemperatura,seencuentranenestadogaseoso,pero,debidoasuelevadatemperaturacrtica,sometidosapresinenrecipientescerradosytemperaturaambiente,selicuany,enconsecuen-cia,estnenfaselquida,ocupandounvolumenunas250vecesinferioralqueocuparanenestadogaseoso.LosGLPseobtienenprincipalmenteenlasrefinerasdepetrleoduranteelprocesodedestilacindelcrudo.Tambinsepuedenobtenerdelosproce-sosdelicuacinoregasificacindelgasnaturalcuandolosGLPseencuen-tranasociadosalgasnaturalensusyacimientos.Lacomposicinycaractersticasestnreguladospordisposicionesoficialesparabutanoypropanocomerciales,enparticularelyareferenciadoRD61/2006.TABLA2.6.Caractersticasdelbutanocomercial.43

TABLA2.7.Caractersticasdelpropanocomercial44

3.

ELAGUAENLASCALDERASDEVAPOR3.1.OBJETIVOTcnicamente,puededefinirseunacalderadevapor,deacuerdoconlaterminologavigente,comotodoaparatoapresinendondeelcalorpro-cedentedecualquierfuentedeenergasetransformaenutilizable,enfor-madecaloras,atravsdeunmediodetransporte,enestecaso,vapordeagua.Elobjetivodelpresentecaptuloesponerdemanifiestolaimportanciaquetieneeltratamientodelaguaenlavidatil,elrendimientoylaseguridadenlaoperacindecalderasindustriales.Elaseguramientodelacalidaddelaguadealimentacinydelaguadecalderaseconsiguecumpliendoconlosrequerimientosdelasnormasquedefinenlosparmetrosinvolucradoseneltratamientodelagua.Porestarazn,esdesumaimportanciaqueeltratamiento,ascomolaspruebasdelagua,seanllevadosacaboporcompaasespecializadasentratamientoquetrabajanconlosoperadoresdelasplantasdecalderas.Hayunpapelcomplementarioparaambosconelfinderesolverlosproble-masqueafectanalaguadecalderas,deformaquepuedanoperarseconseguridad,eficienciaydeformacontinuacuandoseprecise.Cualquieraqueseaeltipodecalderaqueseconsidera,puedeesquema-tizarsesencillamenteelciclodelaguaenelaparatodelasiguienteforma:a)Lacalderadevaporrecibeelaguadealimentacin,queestconstitui-daporunaproporcinvariableporaguanueva,msomenostratada,llamadaaguadeaportacin,ydeaguaderetornoquevuelvedelainstalacinapartirdeloscondensadosdelvapor.b)Enelinteriordelaparatoelaguadealimentacinseconvierteenvapor,elcualpodraconsiderarseconstituidopormolculasdeaguapura.c)Elaguaquesemantienelquidaenelinteriordelacalderasecargadetodaslassustanciasyelementosquecontenaelaguavaporizada,

45salvolasquehansidoarrastradasenelvaporpormecanismosqueseexplicarnmsadelante.d)Sinoseefectaunadesconcentracinsistemtica,denominadapurgaoextraccin,lasimpurezasseirnconcentrando,cadavezms,enlafaselquida,porloquesernecesarioverteraldesageunapartedelaguadelacaldera.3.2.TIPOSDECALDERASDEVAPORFundamentalmentesondoslostiposdecalderasdevaporquenormalmen-tesuelenutilizarse:calderadetubosdehumoopirotubularesycalderasdetubosdeaguaoacuotubulares.Lascalderasdetubosdehumoopirotubularessepuedenexplicarcomouncilin-drocompactodeagua,atravesadolongitudinalmenteporunhazdetubosporlosquecirculanlallamay/oloshumos.Lgicamente,loshumosylallamapasa-rnporelinteriordelostubosdeacero,loscualesestarnrodeadosdeagua.Elgranvolumendeaguadeestosequiposactacomounalmacndeener-gaproporcionandounarespuestaadecuadaparademandaspuntualesyunamayorcalidaddelvapor.Enelcasodelascalderasacutubulares,elaguaestenparteocasitodacontenidaenhacesdetubosdeacerorodeadosporlallamaylosgasesca-lientesdelacombustin.Teniendoencuentaelelevadonmerodetubosquepuedeninstalarse,lasuperficiedecalefaccinpuedesermuygrandeparadimensionesrelativamentereducidas.Porestarazn,supuestaargimenesmuyrpida,teniendolaposibilidaddeproducirvaporaelevadaspresiones.Enalgunasocasionessueleencontrarseuntipodecalderasllamadasdevaporizacininstantneautilizablesenciertasaplicacionesindustrialesoali-mentarasendondeesnecesariodisponerdevaporamedianapresindeformaintermitente.Sonmuycompactosydepocovolumendeagua.Debidoasutamaomscompacto,lascalderasacuotubularessuelentenerunacargatrmicaporsuperficiedecalefaccinsuperior,loqueleshacemssensiblesalacalidaddelagua,deahquelanormativavigenteexija46

condicionesmsrestrictivasparaelaguadealimentacindeestosequipos.3.3.PROBLEMASBSICOSPLANTEADOSENELINTERIORDELASCALDERASDEVAPORLosprincipalesproblemasquepuedenaparecerenlautilizacindelascal-derasdevaporvienenmotivadosporlossiguientesprocesos:Incrustaciones.Corrosiones.Arrastres.depsitos.3.3.1.IncrustacionesLasincrustacionescristalinasydurasseformandirectamentesobrelasuperfi-ciedecalefaccinporcristalizacindelassalesendisolucinsaturadaspre-sentesenelaguadelacaldera.Estnconstituidas,esencialmente,porele-mentoscuyasolubilidaddecrecealaumentarlatemperaturadelaguayson,generalmente,carbonatoclcico,sulfatoclcico,hidrxidoclcicoymag-nsico,yciertossilicatosdecalcio,demagnesioydealuminio,entreotros.Foto3.1.Ejemploincrustacionesencalderadevapor.Lasincrustacionessonpeligrosasporquesuconductibidadtrmicaespe-quea.Estasincrustacionesafectanalrendimientotrmicodelascalderasyproducenunrecalentamientoimportanteenelmetalexpuestoalallama.

47Estosetraduceencorrosiones,hinchamientosyexplosiones,cuyasconse-cuenciaspuedensergraves.Figura3.1.Efectodeincrustacionesyflujodecalorenlatemperaturadelmetal.Laaccindedispersantes,lavadosqumicosolasdilatacionesycontraccio-nesdeunacalderapuedensoltarlasincrustaciones,porloquedebensereliminadasparaprevenirsuacumulacinenelfondodelcuerpodepresin,talcomolomuestralaFoto3.2.48

Foto3.2.Ejemplodeacumulacindelasincrustacionesenfondodecaldera.Enelcasodequeestasincrustacionesnoseanremovidas,secorreelriesgodeembancarlacalderayobstruirlaslneasdepurgadefondo,conloqueelproblemapuedetornarseanmsgrave.3.3.2.CorrosionesLacorrosinesunprocesoporelcualelmetalencontactoconsumedioambientetiendeacambiardesdeformapurademetalaotramsestable.Elhierro,porejemplo,esgradualmentedisueltoporelaguayoxidadoporeloxgenoquellevaensuseno,formndoseproductosdeoxidacinabasedexidosdehierro.Esteprocesoocurrerpidamenteenlosequiposdetrans-ferenciadecalor,comosonlascalderasdevapor,yaque,enpresenciadealtastemperaturas,gasescorrosivosyslidosdisueltosenelaguaseestimu-lanlosprocesosdecorrosin.Delosdiversostiposdecorrosinquepuedenplantearse,seconsiderancomofundamentaleslossiguientes:Corrosingeneral.Corrosinporoxgenoopitting.Corrosincustica.Corrosinporanhdridocarbnico.CorrosingeneralLacorrosingeneraltiendeadisolveroatacarelmetaldemanerauniformesobrecalentadoporelvapor,talcomopuedeocurrirenlasuperficiedelostubos,conacumulacindeproductosdelacorrosinenlapropiasuperficiedelmetal.Uncasosingulardeestacorrosinesladebidaalaacidezdelaguasegnlareaccin:Fe+2H+dFe+++H2ElhierroyotrosmetalessedisuelvenmsrpidamenteenelaguacuantomsbajoseaelvalordelpHomscidaseaelagua.Deahvienelanece-

49sidaddemantenerunpHfuertementealcalinoopHelevadoenelinteriordelascalderasdevapor.CorrosinporoxgenoopittingLacorrosinporeloxgenodisueltopuedemanifestarse,ademsdeformageneralizada,pordespolarizacincatdicaaldesequilibrarlareaccinan-teriorenunprocesodecorrosinmuyimportantellamadocorrosinporai-reacindiferencial(efectoEvans).Efectivamente,cuandounmetalseverecubiertodeformairregularporba-rroseincrustaciones,enpresenciadeoxgenodisuelto,laszonascubiertassevenpreferentementeatacadasysonelcentrodecorrosioneslocalizadasyprofundas,comotubrculosdecolornegro.Foto3.3.Ejemplodecorrosinporpittingentubosdehumo.CorrosincusticaLacorrosincusticaseproduceporunasobreconcentracinlocalenzo-nasdeelevadascargastrmicas(fogn,cmaratrasera,etc.)desalesalca-50

linas,comolasosacustica.Estetipodecorrosinsemanifiestaenformadecavidadesprofundas,se-mejantesalpittingporoxgeno,rellenasdexidosdecolornegro,presentessolamenteenlaszonasdeelevadaliberacintrmica(fogn,placatraseraycmaratrasera)deunacaldera.Foto3.4.Ejemplodecorrosincusticaentubohogardecalderadevapor.CorrosinporanhdridocarbnicoElanhdridocarbnicodisueltoenelaguaylosdistintoscompuestosqueenellaformajueganunpapelimportantsimoenlaqumicadelagua.ElCO2sedisuelveenelaguaenfuncindesupresinparcial(PCO2).Unaparteper-maneceendisolucinenformadegasmientrasotrareaccionaconelaguaparadarcidocarbnico(H2CO3)quesedisociaparcialmenteparadarionescarbonatoobicarbonato.Estosionessernconsumidosenreaccionesdeataqueadiversosminerales.Estacorrosinseponedemanifiestoprincipalmenteenlaslneasderetornodecondensadoytieneefectossobrelacaldera,yaquelosxidosprodu-cidos(hematita)sonarrastradosalamismaconelaguadealimentacin.Todacalderacuyoladoaguatieneuncolorrojizopresentaproblemasdecorrosinenlaslneasderetornodecondensado.

513.3.3.ArrastresElarrastredecondensadoenunacalderatienerelacinconelsuministrodevaporhmedo(congotasdeagua).Elsuministrodevaporhmedopuedetenerrelacincondeficienciasmecnicasyqumicas.Lasdeficienciasmecnicastienenrelacinconlaoperacinconelevadosnivelesdeagua,deficienciasdelosseparadoresdegota,sobrecargastr-micas,variacionesbruscasenlosconsumos,etc.Porotrolado,lasdeficienciasqumicastienenrelacinconeltratamientodeaguadelacaldera,especficamenteconexcesivoscontenidosdealca-linidad,slidostotales(disueltosyensuspensin)yslice,quefavorecenlaformacindeespuma.Elvaporqueescapadeunacalderacontienesiemprevesculasdeaguaquetienentendenciaavaporizarse.Sielvaporllegahmedoalrecalenta-dor,esdecir,siexistearrastre,elresiduoslidodelaevaporizacindelaguadelacalderapuededepositarseparcialmenteenelmismo,observndoseverdaderasincrustacionesricasensosacusticaoensalesdesodio.Foto3.5.Efectodelosslidosdisueltosenelniveldeaguadelacalderadevapor.EnlaFoto3.5semuestraunavistainteriordelacmaradevapordeunacaldera,encuyasparedesseaprecialairregularidaddelniveldeaguapro-52

vocadaporunexcesivocontenidodeslidos.Enmuchoscasos,lacontaminacindelvapordebidoalfenmenodelarrastrepuedeperjudicardeformagravelacalidaddelproductoencon-tactoconelvapor,comopuedeserelcasodelasindustriasalcoholeras,farmacuticas,etc.3.3.4.DepsitosElaguaquecontienelacalderatieneslidosensuspensinqueprovienendelaguadealimentacinodelosaditivosyprocesosdeeliminacindelasincrustacionesquesedecantanenelfondodelacalderaenformadelodos.Aligualqueocurreconlasincrustaciones,laconductividadtrmicadeestoscompuestosprecipitadosesmuybaja,loquepuedellevaralfallodemetalporsobrecalentamientoalnorefrigerarseadecuadamente.Cuandolaconcentracindeslidosensuspensinesexcesiva,lapreci-pitacindelodospuedellevaralfallodelecturadealgunoscomponen-tesdecontroldelacaldera,comopuedenserlassondasdenivelodepresin.3.4.PRINCIPALESIMPUREZASCONTENIDASENELAGUADEAPORTACINYSUSEFECTOSENELINTERIORDELASCALDERASDEVAPORSinimportarlascaractersticasqumicasdelasimpurezas,sonposiblescua-trocasosdistintos:1.Silaimpurezaesunslidosoluble,apareceenestadodedisolucinoensolucinconelagua.2.Sielslidonoessolubleenagua,noestensolucinsinoenestadodesuspensin.3.Aquellasimpurezasdenaturalezagaseosaquesonparcialmentesolu-blesestnenestadodeabsorcinenelagua.4.Lassolucionescoloidalestienenpartculasensuspensin,entreellaslasqueestnenestadodedisolucinylasqueestnensus-pensin.

53CalcioyMagnesio(Ca,Mg)Lasprincipalessustanciascontenidasenlasaguasnaturalesoaguasbrutassonlassalesdecalcioymagnesio,normalmentebicarbonatosysulfatos.Paracaracterizarunaguasedefinentrestiposdedureza:I.Ladurezatotaldelagua,queeslacantidadtotaldecalcioymagnesiodisuelto.II.Ladurezapermanente,querepresentalacantidaddesalesdecalcioymagnesioquesubsistenenelaguadespusdeunaebullicinprolonga-da.III.Ladurezatemporalotransitoriadelagua,queestconstituidaporlassalesquehanprecipitadodurantelaebullicin.Paramedirladurezaseempleacomounidadelgradodedurezaogradohidrotimtrico.Elgradofrancscorrespondeaunapartedecarbonatodecalcioen100.000partesdeagua.Cuandoelaguabrutasesometeaalgntratamientoparaeliminarelcalcioyelmagnesio,sedicequeelaguahasidoablandadayesaptaparaem-plearlacomoaguadealimentacin.MateriasensuspensinocoloidadesLoscoloidessedefinencomoaquellaspartculasmenoresde0,2micrme-trosymayoresque0,001micrmetros(1micra=0,001mm).Laspartculasmenores,de0,001micrasseconsideranensolucin(disueltas).Losefectosquepuedenproducirsonlaformacindedepsitoseincrustaciones.Sulfatos(SO4)Contribuyenaaumentarlasalinidadtotaldelagua,pudiendoprecipitarsul-fatoclcicoenelinteriordelacalderasielaguanoestperfectamentedesenfurecida,originandounacostramuyduraqueseadhieretenazmente54

alassuperficiescalefactoras.Estaincrustacinseconsideralapeoracausadesudurezaextrema,ladificultadensueliminacinysubajaconductivi-dadtrmicaHierroyCobre(FeyCu)Puedenformardepsitoseincrustaciones,ascomocorrosioneslocalizadasenloshacestubularessometidosmsdirectamentealaradiacin.MateriaorgnicayaceitesElaceiteenlascalderasconstituyeunasituacinpeligrosa.Elaceiteesunexcelenteaislantedelcalorysupresenciasobrelassuperficiesexpuestasaaltastemperaturaspuedeproducirseriossobrecalentamientosydaosalacaldera.Elaceitepuedeentrarenlaalimentacinatravsdesupre-senciaenelsuministrodeaguabrutaprocedentederosocorrientescon-taminadospormolinos,aparatosmartimos,desechosorestosdemateriascomerciales.Losefectossonlaformacindedepsitoseincrustaciones,ascomolaformacindeespumaenelinteriordelacaldera,favorecindoseadems,conello,elarrastredepartculasenelvapor.Deestaforma,varaelrendimientodelacalderaypuedenllegaraobstruirselosrecalentadoresyelcolectorgeneraldevapor.Alcalinidad(TAyTAC)Laalcalinidaddefinelacapacidaddeunaguaparaneutralizarcidos.Enlamayoradelasaguaslaalcalinidadestconstituidaporlosionesdecar-bonatoybicarbonato.Puedenproducirunaumentodeladensidadyviscosidaddelagua,conelconsiguientearrastredegotasdeaguaporelvapor,ascomocorrosinintercristalina(fragilidadcustica)enlaszonasdelacalderaquepresentantensionesmecnicas.Ladisociacindelcarbonatosdicoporelcalororiginasosacustica(NaOH),quequedaenelagua,ycidocarbnico,quepasaalvaporyalcondensado,hacindoloscorrosivos.Calor

55Attulodeejemplo,ladisociacindelcarbonatosdicoaunapresinenlacalderade5baresdel10%;apresinde10barel40%ya15barel60%.Concretamente,losbicarbonatosalcalinotrreos(TAC)defrmulas(HCo3)2Cay(HCO3)Mgsoninestablesypuedendescomponersesegnlasreaccionessi-guientes:Calor(HCO3)2CadCaCO3+CO2+H2OCalor(HCO3)2MgdMg(OH)2+CO2conlaformacindecarbonatodecalcioehidrxidodemagnesiomuypocosolublesyliberacindegascarbnico(CO2).Totaldeslidosdisueltos(TDS)Mideelpesototaldetodaslassustanciasdisueltasenelaguaseanonovoltiles.Aumentanladensidadyviscosidaddelagua,arrastrangotasconelvaporyfavorecenlasincrustaciones.Cloruros(Cl-)Contribuyenaaumentarlasalinidaddelaguaalmismotiempoquelaha-cencorrosiva.Slice(SiO2)Noformaincrustacionesporsmisma,sinoque,enciertascondiciones(alca-linidaddbil,concentracinytemperaturaelevada),laslicepuedeprecipi-tarconelsulfatoclcicoformandoincrustacionespeligrosasporsuextraor-dinariadurezaybajocoeficientedetransmisinalcalor,deaspectovtreoymuyadherentes.Laeliminacindeestasincrustacionesdeslicenopuede56

hacerseporvaqumica,sinoatravsdemoleteadomecnico.Apresioneselevadas,lasliceesarrastradaporelvaporencantidadesqueaumentanconlapresindetrabajodelacalderayconelcontenidoenslicedelaguaensuinterior.Oxgenodisuelto(O2)Producecorrosionesdediversandole,sobretodoconlaformacindexidoferroso-frricohidratado.3.5.SOLUCIONESALOSPROBLEMASPLANTEADOSENLASCALDERASDEVAPOR.TRATAMIENTOYACONDICIONAMIENTODELAGUAParalucharcontralosinconvenientesreseadosenlosapartadosanterio-res,debenacometerseintervencionesenlosdistintospuntosdelproceso,enconcreto:Tratarelaguadeaportacinparaeliminaraquelloselementosqumicosdelaguaquesonperjudiciales.Tratamientointernodelaguadecaldera.Tratamientodeloscondensadosquesonconducidosderetornoalascalderas.Controldelaspurgasparaeliminarprecipitadoseionesenlacaldera.3.5.1.Tratamientofsico-qumicodelaguadeaportacinLosdiferentestiposdetratamientogeneralmenteutilizados,enfuncindelosresultadosquesepretendenobtenersobreelaguadeaportacinsonlossiguientes:Clarificacin.desendurecimiento.descarbonatacin.desmineralizacin.desgasificacin.

57Figura3.2.Esquemadeltratamientodelaalimentacindeaguaacalderasdevapor.3.5.1.1.ClarificacinUnagranpartedelasaguasdesuperficieutilizadascomoaguadeaporta-cindeunacalderadevapor,debenclarificarseantesdeusarsenormal-mente.Eltratamientodeclarificacinpuedereducirseaunasimplefiltra-cinquetieneporobjetoretenersobreunsoportelasmateriasmineralesuorgnicascontenidasenelaguabruta.Laretencindelasmateriasensuspensinporellechofiltrantellevaconsigoelcolmatadoprogresivocondisminucindelavelocidaddefiltracinyau-mentodelaprdidadecarga.Seprocedeperidicamenteaunalimpiezaporlavadoacontracorriente.3.5.1.2.DesendurecimientoporintercambioinicoEsteprocesotieneporobjetolaeliminacindetodaladurezadelaguasustituyendolassalesdecalcioymagnesioporsalesdesodionoincrus-tantes.Seutilizaparaelloresinasdeintercambioinicoenciclosodio(RNa2)dondelamovilidaddelosionessodiopermitelasreaccionessi-58

guientes:SalesdeCalcioCa+++RNa2dRca+2Na+SalesdeMagnesioMg+++RNa2dRMg+2Na+Alasalidadelablandadorladurezatotaldelagua(TH)esprcticamentenulo.Cuandolaresinaestsaturadaenionesdecalcioymagnesio,esnecesarioregenerarla.Estaregeneracinsehacesimplementehaciendopasarunasolucinsaturadadeclorurodesodioosalmuera.Despusdeunlavado,laresinaquedadenuevoencondicionesdesustituirelsodioporelcalcioymagnesio.Figura3.3.Esquemadeinstalacindeunsistemadetratamientocontraladureza.Elintersdeldesendurecimientoestenqueeliminatotalmenteladurezadeunaguay,portanto,losriesgosdelaincrustacin.3.5.1.3.DescarbonatacinporresinascarboxlicasLadescarbonatacintieneporobjetoeliminarladurezabicarbonatadaclcicaymagnsica(durezatemporaloTAC).

59LasresinascarboxlicascuyaformaesdeltipoR-COOHtienenlaventajadenopoderintercambiarsusionesdehidrgenonadamsqueconcationesligadosaanionesdbiles.Elintercambiocatinicotienelugarconlosbicarbonatos,mientrasqueesimposibleconlossulfatosycloruros,quesonanionesfuertes.2RCOOH+Ca(HCO3)2dR2COOCa+CO2+H2OSetratadeunapermutacinselectivaenlaqueintervienelapartebi-carbonatadadelagua.Cuandolaresinaestsaturadaseregeneraconcido.Enlascalderasdevaporpirotubularesconpresionesdetrabajoinferiora17kg/cm2esmuytilyrentableprocederatratarelaguadeaportacinatravsdeunprocesocombinadodedescarbonatacin+desgasificacinatmosfrica+desendurecimiento+acondicionamiento,deacuerdoconlascaractersticasdelagua,envezderealizarunsimpletratamientodedesen-durecimiento+acondicionamiento.Efectivamente,desdeelpuntodevistaenergtico,elahorrodecombustibleporunareduccinsustancialdelaspurgasdedesconcentracinpuedelle-garasermuyimportante.Existentambinotrosfactoresatenerencuentaalahoradecalibrarlautili-zacindelprocesodedescarbonatacin,comoson:Menorconsumodeagua.valormsbajodelaalcalinidad(TAC)ydelasalinidadtotalenelinteriordelacalderadevapor,loqueevitalosarrastresylaformacindefangos.Mayorproteccinyduracindelapropiacaldera,sobretodoenloquerespectaalprocesodecorrosincuyainhibicinesfavorecidaconelsistemadetratamientodedescarbonatacin.3.5.1.4.DesmineralizacintotalporintercambioinicoEsteprocesodetratamientodeaguatieneporobjetoeliminarlatotalidad60

delassalesdisueltasmedianteelpasodelaguaatravsdedostiposdife-rentesderesinasdeintercambioinico:catinicafuerteyaninicafuerte,fundamentalmente.Lasresinascatinicasfuertesenciclocido(RH)permitensustituirloscationescalcio,magnesioysodio,porelhidrgeno,segnlareaccinbsicasiguiente:RH+NaC1dRNa+HC1Unavezagotadasestasresinasseregenerannormalmenteconunasolucindecidoclorhdrico(HC1)al15%.Posteriormente,elaguapasaatravsdeunaresinaaninicafuerteenciclobsicoloquepermitesustituirlosanionessulfato,cloruro,bicarbonatoyni-trato,porelaninbsicoOH,resultandoelaguadesmineralizadasegnlareaccinsiguiente:ROH+HC1dRC1+H2OLaregeneracindeestasresinasunavezagotadasseefectaconunasolu-cindehidrxidodesodioal4%.Ladesmineralizacintotaldelaguaseempleageneralmenteencalderasdemediayaltapresin,calderasdevaporizacininstantneayenloscasosdon-dedebidoalaexcesivamineralizacindelaguaseanecesarioreducirlasa-linidadtotalconobjetodelimitarelvalordelaspurgasdedesconcentracin.Enciertoscasosdondeelexcesivocontenidosalinodelaguaatratar(>1,5g/l)dalugarauncostedelaguaporm3elevado,debidoalosproductosre-generantesdelasresinas,puedeserempleadoelsistemadedesalinizacindeaguasporsmosisinversacuyoprincipiofsico-qumicosebasaenelem-pleodemembranassemipermeables(poliamidaaromticaoacetatodecelulosa)comofiltroqueeliminanporterminomedioel9095%delassalestotalessincambiodetemperaturaniempleodeproductosregenerantes.3.5.1.5.DesgasificacinLafuncindeundesgasificadortrmicoeseliminareloxgenoyelanhdridocarbnicodisueltoenelaguadealimentacindelascalderasparaprevenirlosproblemasdecorrosinquepudierancausar.

61Elprincipiodefuncionamientodeestosequipossebasaenquelasolubili-daddelosgasesdisueltosenelaguadisminuyenexponencialmentecuan-dostaseencuentracercadesupuntodeebullicinatemperaturaatmos-fricacomoindicalaFig.3.4.Figura3.4.Coeficientedesolubilidadenaguadelosgasesenfuncindelatemperaturadelagua.Latorredelosdesgasificadoresestcompuestaporbandejasy/oboquillasenlasqueseaumentalasuperficiedelaguaalimentada,formandocasca-dasoatomizndolaparafavorecerlaliberacindelosgasesdisueltos.Elaguaquedesciendeporlatorresecalientahastalatemperaturadeebu-llicinmedianteelretornodecondensadosqueseinyectanenelcabezalacontracorriente,revaporizndoseporestaramenospresinoporvapor62

alimentadoencontraflujo.Lacantidaddevaporalimentadaalabasedeldesgasificadorsecontrolaporunavlvulareductoradepresin,encargadademantenerlapresindeebullicindelagua.Eldiseointernodelatorrepermitequeenestepuntoseformeunefectocascadayturbulenciasquefacilitaneldesprendimientodeloxgenoydi-xidodecarbonopresentesenelagua,quesonliberadosalaatmsferaatravsdelalneasuperiordesalida.Acontinuacin,elagualibreensumayoradeestosgasesquedaalmace-nadaaaltatemperaturaenelestanqueprincipal,dondeunsistemadein-yeccindevapormantieneunapresindentrodelestanquelevementesu-perioralaatmosfrica,loquepermitemantenerunatemperaturasuperioralos100C,maximizandolaeliminacindeoxgeno.Unsistemadeinyeccindevaporportoberasseencargademantenerlaaltatemperatura.Figura3.5.Esquemainternodeundesgasificadortrmico.

633.5.2.TratamientointernodelaguadecalderaAcondicionarelaguaesaadircantidadesmuydbilesdeproductosqu-micosque,sinmodificarlacomposicin,transformaradicalmentesucom-portamiento.3.5.2.1.InhibidoresdeincrustacinydispersantesSedistinguendoscategorasdeinhibidoresdeincrustacin,segnsequieraimpedirlaformacindeincrustacionescristalinasodedepsitos.Enelprimercasoseempleaninhibidoresqueacteneficazmente,defor-maquesepuedanlimitarlosdepsitosdesalestalescomoelcarbonatoysulfatodecalcio.Suelenemplearseenlascalderasdevapor,ademsdeltratamientocorrespondiente(desendurecimiento,descarbonatacin,etc.)paraasegurarqueelvalordeladurezatotalenelinteriordelacalderaseade0F.Ensegundolugarseempleaninhibidoresqueimpidanlaformacindede-psitosenformadebarrosofangos.Selesllamadispersantes.3.5.2.2.InhibidoresdecorrosinTienenporobjetoreduciralmnimolavelocidaddecorrosin.Losinhibidoresmsutilizadossonaquellosinhibidoresdesuperficiequesefijansobrelasparedesporabsorcinoporformacindecapasaislantesprotectorasconobjetodesuprimirelcontactodirectometal-agua.Taleselcasodelosfosfatos,alformarsefosfatoferrosoquedaorigenaunfilmprotector,ydelhidrxido,yaqueapHsuficientementealcalinoseformahidrxidofrricoinsolubleyadherente.Asmismo,esteltimotienelamisindeneutralizarlaacidezenelinteriordelacaldera,concretamenteladebidaaldixidodecarbono(CO2).Otrotipodeinhibidordecorrosintienelamisindereducirelcontenidode64

oxgenodisueltoelcualpuedeprovocarcorrosionesmuyprofundas,comoeselcasodelaformacindepilardeaireacindiferencialcuandosedepo-sitanfangosobarrosdeformadiscontinuaenpresenciadeoxgeno.Ademsdeutilizardispersantesparaevitarlaacumulacindebarrosespre-cisoeliminarlapresenciadeoxgenoconproductossecuestrantesoreduc-toresdelmismo,talescomosulfitos,taninos,hidraxina,etc.Porotrolado,esprecisoprotegercontralacorrosinloscircuitosdevaporyderetornodecondensadosparalocualpuedenemplearseinhibidoresneutralizantesdelCO2obienfilmgenostipoorgnico.Hoyenda,lamayoradelosproductosdeacondicionamientoestncom-puestospormezclasdediversosproductoscadaunoconunamisindeter-minadayque,juntos,permitenunaaccinglobalmseficazyrentable.Esmuyimportantehacerresaltarqueantesdeutilizarlosproductosdeacon-dicionamientoencalderasdevaporhayqueasegurarsedeldestinodelva-por,yaque,siesdecarcteralimentario,habrqueemplearproductosadecuados,notxicos.3.5.3.TratamientodeloscondensadosLacorrosinenlaslneasderetornodecondensadoseproduceporlaac-cindelcidocarbnicoqueenstasseforma.Laprevencindelacorrosinenlaslneasderetornodecondensadopuedeconseguirsemedianteaminasneutralizantesqueneutralizanlaaccindelcidocarbnicoyaminasflmicasqueprotegenlaslneas.Estasaminassonvoltiles,porloque,alserdosificadasalaslneasdeali-mentacindeagua,sonarrastradasporelvaporproducidoenlacaldera.3.5.4.PurgasdelascalderasLaspurgasconsistenenextraerdelacalderaunporcentajedelaguaqueallseencuentra,remplazndolaporaguadealimentacinmspuraquegeneralmenteestconstituidaporlamezcladelcondensadoqueserecu-

65peraydelacantidaddeaguadeaportacinnecesariaparacompletarelcaudalrequeridoporlacaldera.Elcontroldequeelnmerodepurgaseselrequeridoserealizamediantelamedicindelosclorurosenelaguadealimentacinyaguadelacaldera.Losclorurossonutilizadoscomovariabledecontrol,yaquenoparticipaneneltratamientodeaguaysonfcilesdemedir(mtododelasgotas:reaccinentreelnitratodeplatayelcloruroparaformarclorurodeplatayproduciruncambiodecoloracin).Bsicamente,laspurgasqueserealizanenlascalderassondos,laspurgasdefondoolodosylaspurgasdesuperficieosalesdisueltas.3.5.4.1.PurgaautomticadefondoEstapurga,situadaenelfondodelacalderacomosunombreindica,tieneelobjetivodeeliminarlassustanciasquehanprecipitadoenelfondodelacaldera,normalmenteenformadelodos.Estformadaporunavlvuladeaccionamientorpidoparafavorecerlaextraccindeestasimpurezas,unactuador,normalmenteneumticoparaevitarquelavlvulasequedeabiertaencasodeaveraelctrica,yuntem-porizadorparaprogramarlosciclosdepurga(periodicidadyduracin)defondorequeridosporeltratamientoutilizadoenlacaldera.Engeneral,cuandosetratadeinstalacionesdecalderasabajapresin(p