1

Informe Tcnico

Trabajo N 1

Quemadores para Calderas

Asignatura: Calefaccin-MC0762

Profesor: Adolfo Alexis Andrade

Curso: Seccin 265 Ao 2015

Alumnos: Miguel Dionicio

Julio Medina

2

A. RESUMEN

El informe presentado a continuacin, corresponde al primer trabajo de

investigacin del curso de Calefaccin correspondiente a la malla curricular de la

carrera de Ingeniera en Climatizacin. El tema a investigar se denomina

Quemadores para calderas industriales, pero la mayora de la literatura en textos

impresos y digitales que hemos revisado, los denomina simplemente

Quemadores.

Definiremos primeramente algunos conceptos y mencionaremos los tipos

de quemadores que existen dependiendo de factores como sus etapas de

encendido, si trabajan a presin normal o sobrepresin, de acuerdo al tipo de

combustible que utilizan, etc.

Despus revisaremos los principales componentes de un quemador y

describiremos sus etapas de funcionamiento, como el prebarrido, el encendido, el

bloqueo y la parada.

Finalmente, se mencionarn los parmetros que se debe tener en

consideracin para la seleccin de un quemador para un determinado sistema de

calefaccin. Con esto esperamos que usted seor lector, se entusiasme a leer en

forma completa este breve pero preciso informe tcnico de investigacin.

3

B. INDICE

A. RESUMEN ............................................................................................................................. 2

B. INDICE ................................................................................................................................... 3

C. INTRODUCCION .................................................................................................................. 4

D. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 5

OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................. 5

OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................... 5

E. DESARROLLO DEL INFORME ............................................................................................ 6

1. QUEMADORES PARA CALDERAS ................................................................................ 6

1.1. Quemadores Atmosfricos .......................................................................................... 7

1.2. Quemadores Mecnicos .............................................................................................. 8

1.2.1. Quemadores de una etapa o una marcha ............................................................ 9

1.2.2. Quemadores de varias etapas o varias marchas ................................................ 9

1.2.3. Quemadores Modulantes ........................................................................................ 9

2. COMPONENTES PRINCIPALES DE UN QUEMADOR ................................................. 11

2.1. Motor Elctrico ................................................................................................................ 12

2.2. Bomba de gasleo ......................................................................................................... 12

2.3. Ventilador del quemador ............................................................................................... 13

2.4. Can y caa .................................................................................................................. 14

2.5. Componentes electrnicos............................................................................................ 15

2.6. Otros componentes ........................................................................................................ 16

3. ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN QUEMADOR ................................................ 17

3.1. Etapa de Prebarrido ....................................................................................................... 17

3.2. Etapa de Encendido ....................................................................................................... 18

3.3. Etapa de Funcionamiento ............................................................................................. 18

3.4. Etapa de Bloqueo ........................................................................................................... 19

3.5. Etapa de Parada ............................................................................................................. 19

4. SELECCIN DE UN QUEMADOR ..................................................................................... 20

F. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 21

4

C. INTRODUCCION

La caldera suele ser el corazn de muchas industrias, pero tambin es un

equipo del cual muchos industriales no quieren or hablar. Normalmente est en

un lugar apartado, donde casi nadie suele ir y por lo tanto no recibe atencin. La

funcin normal de una caldera industrial es producir un medio de calefaccin, el

que se emplear para proporcionar calor a los procesos de la planta. Estos ltimos

pueden ser procesos qumicos, coccin de alimentos u otros productos, secado,

calentamiento de agua, calentamiento de aire, calefaccin ambiental y otros. El

medio de calefaccin que produce la caldera es comnmente vapor, pero tambin

puede ser agua caliente o aceite trmico.

Los componentes de una caldera, pueden clasificarse en cuatro grupos: el

cuerpo de presin (la caldera), el quemador, el sistema de control y los elementos

auxiliares.

En este breve informe, trataremos las principales caractersticas de un

quemador.

El quemador es uno de los componentes crticos de la caldera,

especialmente desde el punto de vista de las emisiones contaminantes. Sin

embargo, este siempre debe analizarse en conjunto con el cuerpo de presin y el

hogar en particular. En efecto, un quemador que se comporta muy bien en un

cuerpo de presin puede hacerlo muy mal en otro. Al seccionarse un quemador

hay que considerar no slo la capacidad mxima deseada, sino que tambin la

presin del hogar, el largo y ancho de las llamas comparadas con las dimensiones

del hogar y el rango de operacin.

Finalmente, entregaremos algunas descripciones simples de cmo se debe

seleccionar el quemador adecuado para cada caldera e indicaremos en que

sectores se pueden utilizar.

5

D. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer, estudiar y analizar bsicamente el funcionamiento de un

quemador para calderas y determinar su importancia en un sistema de

calefaccin.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer las partes principales que conforman el quemador de una caldera.

Conocer los diferentes tipos de quemadores y como se clasifican de

acuerdo a diferentes criterios

Comprender cuales son las etapas que se desarrollan en el funcionamiento

del quemador de una caldera.

Determinar los criterios principales para la seleccin de un quemador para

un sistema de calefaccin.

6

E. DESARROLLO DEL INFORME

1. QUEMADORES PARA CALDERAS

Los quemadores son los aparatos donde se realiza la combustin, por tanto

deben contener los tres vrtices del tringulo de la combustin, es decir, deben

lograr la mezcla exacta del combustible con el aire y adems proporcionar la

energa de activacin.

Tambin, se puede definir como un dispositivo para

quemar combustible lquido, gaseoso o ambos (excepcionalmente tambin slido)

y producir calor generalmente mediante una llama.

Habitualmente va asociado a una caldera o un generador para

calentar agua o aire, pero tambin se usa en procesos industriales para calentar

cualquier sustancia.

En funcin de su tamao, los puede haber desde uno como un encendedor

de cigarros para calentar una probeta hasta uno gigantesco capaz de producir

30 000 kW o ms.

El combustible usado puede ser gaseoso, generalmente gas

natural, butano, propano, etc.; lquido, generalmente gasleo (tambin fuel) o una

combinacin de ambos (gas y gasleo), en cuyo caso se denomina quemador

mixto.

Los hay atmosfricos, que producen la llama a presin ambiente, y

mecnicos, en donde un ventilador se encarga de aumentar la presin del aire

necesario para la combustin, lo que hace que se pueda quemar ms cantidad

de combustible y que el rendimiento sea superior.

7

1.1. Quemadores Atmosfricos

nicamente se emplean para combustibles gaseosos. Una parte del aire

necesario para la combustin (aire primario) se induce en el propio quemador por

el chorro de gas que sale de un inyector (efecto Venturi); el aire restante (aire

secundario) se obtiene por difusin del aire ambiente alrededor de la llama. En

este tipo de quemador se tiene una combustin con un alto ndice de exceso de

aire.

La principal ventaja de este quemador, es su simplicidad y bajo costo.

Aunque se pueden fabricar para potencias altas (cerca de los 1.200 kW), los ms

utilizados en calefaccin, no superan los 300 kW.

La energa de activacin se logra mediante la llama piloto, que debe estar

permanentemente encendida, o con encendidos automticos (electrnicos, tren de

chispas, etc.). La regulacin del gas se obtiene por variacin de la presin en el

inyector (abriendo y cerrando progresivamente la vlvula de gas), esto permite que

el quemador pueda ser modulante con relativa facilidad.

La regulacin del aire (con gas a presin constante) se puede conseguir:

8

Variando la seccin de entrada de aire, por obturacin de los orificios por

donde entra, mediante discos roscados, anillo mvil o capuchn deslizante.

Por deslizamiento de la boquilla del inyector.

Lo ms habitual es que nicamente se module la vlvula de gas, dejando

en una posicin fija la entrada de aire en la puesta en marcha.

1.2. Quemadores Mecnicos

Tambin se denominan como quemadores a sobrepresin. En este tipo de

quemadores, el aire de combustin es introducido mediante un ventilador, existen

diversos sistemas para lograr la mezcla del aire con el combustible.

En el caso de gas, el combustible se introduce mediante los inyectores,

aprovechando la propia presin de suministro. En los combustibles lquidos, se

utilizan diversos sistemas para su pulverizacin, de modo que se formen micro-

gotas de combustible que facilita su mezcla con el aire. El tipo ms extendido es el

de pulverizacin mecnica.

9

Estos quemadores se fabrican desde pequeas hasta muy altas potencias.

La combustin puede ajustarse actuando sobre el consumo de combustible, sobre

la cantidad de aire a impulsar y sobre los elementos que producen la mezcla, por

lo que es posible obtener rendimientos de combustin muy altos.

Por el nmero de escalones de potencia que producen, se distinguen los

siguientes tipos de quemadores:

1.2.1. Quemadores de una etapa o una marcha

Son quemadores que slo pueden funcionar con la potencia a la que

hayan sido regulados, son de baja potencia.

1.2.2. Quemadores de varias etapas o varias marchas

Son quemadores con dos o ms escalones de potencia

(habitualmente dos), es decir, que pueden funcionar produciendo distintas

potencias. Este quemador puede hacer llama de varios tamaos, dejando pasar

ms o menos combustible. El ms sencillo es de tres etapas: todo-medio-nada, es

decir que produce una llama mitad de la que es capaz de producir en condiciones

de plena potencia, y otros de ms etapas, aunque no suele tener ms de cuatro:

todo-dos tercios-un tercio-nada.

Deben disponer de los elementos necesarios para poder regular la

admisin de aire y el consumo de combustible, de modo que en cada escaln de

potencia se obtenga el rendimiento de combustin ms alto posible. Se utilizan

para potencias intermedias o altas.

1.2.3. Quemadores Modulantes

Estos quemadores ajustan continuamente la relacin aire

combustible, de manera que pueden trabajar con rendimientos elevados en una

amplia gama de potencias, adecundose de manera continua a las necesidades

de produccin.

10

En este quemador, tanto para combustibles lquidos como gaseosos, puede

modularse la potencia (el tamao) de la llama por un sistema electrnico, que

regula en funcin de las necesidades de calor, necesidades que conoce por

una sonda situada en la conduccin de retorno del sistema de calefaccin; a

menos temperatura, mayor potencia habr que dar a la llama.

Para la regulacin del tipo de quemador que se debe utilizar, de acuerdo a

la potencia, se hace referencia a la siguiente tabla, extrada del RITE (Reglamento

de Instalaciones Trmicas en los Edificios), de acuerdo a la Instruccin Tcnica

Complementaria ITE 02.6.2 (Reglamento Espaol).

11

2. COMPONENTES PRINCIPALES DE UN QUEMADOR

En este parte del informe, mencionaremos los principales componentes de

un quemador de una etapa con combustible gasleo.

Motor elctrico

Bomba de gasleo

Ventilador

Can y caa

Componentes electrnicos

Otros componentes

12

2.1. Motor Elctrico

Permite el funcionamiento de las partes mviles del quemador. Su eje

arrastra al ventilador y la bomba de gasleo. Es del tipo monofsico (en este caso)

con condensador elctrico de partida. Su alimentacin o conexin elctrica viene

desde el programador o centralita.

2.2. Bomba de gasleo

Es parte del circuito hidrulico del combustible, permite la aspiracin e

impulsin a presin hasta su posterior pulverizacin para la formacin de la llama.

13

2.2.1. Conexiones flexibles de gasleo (aspiracin-entrada y retorno-salida)

Son los ductos flexibles para la entrada y salida del gasleo desde la

bomba y la instalacin fija de gasleo. En la tubera de aspiracin-

entrada dispondr de una vlvula de corte manual y un filtro.

2.2.2. Conexin de salida de gasleo presurizado

Corresponde a la tubera de la que sale el gasleo a presin desde la

bomba hacia la tubera y boquilla del quemador.

2.2.3. Eje de bomba y casquillo

Corresponde al eje movido por el motor elctrico y que est unido a la

bomba de gasleo a travs de un casquillo.

2.2.4. Filtro de gasleo de bomba

Es el elemento que retiene las posibles impurezas que vengan

arrastradas junto con el gasleo para que no alcancen los elementos

mviles de la bomba.

2.2.5. Regulador de presin

Es el tornillo que permite ajustar la presin de pulverizacin de la

bomba. Se debe ajustar utilizando simultneamente un manmetro de

glicerina.

2.3. Ventilador del quemador

14

Permite el ingreso de aire hacia el interior del quemador para lograr la

presin de aire necesaria para la combustin. Se compone de:

2.3.1. Clapeta y tornillo de regulacin del aire primario

Es el tornillo que permite regular la clapeta (damper) que controla el

caudal de aire que se introduce en el circuito neumtico por la accin

del ventilador.

2.3.2. Tornillo regulador aire secundario y escala

Permite regular el aire secundario aportado a la combustin y la

presin en el cabezal de combustin. Para ello mueve el conjunto de la

tubera hacia adelante o hacia atrs.

2.3.3. Turbina del ventilador

Su misin es aportar la cantidad de aire necesaria para la combustin,

en funcin del caudal de combustible. Es del tipo centrfugo para

vencer las prdidas de carga en el hogar de la caldera. Su eje es

accionado directamente por el motor elctrico.

2.4. Can y caa

Se compone de los siguientes elementos:

15

2.4.1. Caa de gasleo

Es la tubera que lleva el gasleo desde la bomba hasta la boquilla.

2.4.2. Can

Es por donde se conduce el aire para la combustin. En su interior est

la caa y la boquilla, los electrodos de encendido y el disco

estabilizador.

2.4.3. Disco estabilizador

Tiene por misin darle un movimiento giratorio al aire en el sentido

contrario que tiene el combustible al salir por la boquilla, para asegurar

una buena mezcla entre ambos.

2.4.4. Electrodos y terminales

Son los elementos que permiten formar un arco elctrico entre sus

extremos mediante un voltaje de 1000 volts generado por el

transformador. Este arco elctrico (chispa) permite el inicio de la

combustin del gasleo. Dispone de un aislamiento de porcelana.

2.4.5. Boquilla pulverizadora

Permite crear micro-gotas de combustible para facilitar la mezcla aire-

gasleo.

2.5. Componentes electrnicos

16

2.5.1. Celda fotoelctrica

Es una resistencia sensible a la luz. Su funcionamiento es triple. Antes

del encendido no debe detectar luz, durante el encendido debe

detectar luz en un tiempo mximo de seguridad y finalmente durante

el funcionamiento vigila la continuidad de la combustin.

2.5.2. Programador (centralita)

Realiza las funciones de automatismo del quemador, para la secuencia

de puesta en marcha, vigilancia de la continuidad de la combustin y

de la seguridad de su funcionamiento. Dispone de un botn piloto de

bloqueo y rearme.

2.5.3. Transformador de encendido

Elemento que genera una alta tensin (alrededor de 10.000 volts) para

que salte el arco elctrico entre los electrodos e inicia la combustin

del gasleo que sale por la boquilla.

2.6. Otros componentes

2.6.1. Chasis y carcaza:

Corresponde a la estructura del quemador que soporta todos los

dems componentes del mismo y que permiten su fijacin en la

caldera.

17

2.6.2. Tapa envolvente

Corresponde a la tapa que encierra todos los elementos del quemador

y que permite reducir el nivel de ruido generado por el mismo.

3. ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN QUEMADOR

En el funcionamiento de un quemador de gasleo, se distinguen las

siguientes etapas:

3.1. Etapa de Prebarrido

Tiene como misin ventilar el interior del cuerpo de la caldera antes del

inicio de la combustin para eliminar residuos en anteriores combustiones.

Cuando el termostato de trabajo de la caldera se cierra (demanda de calor)

se inicia el ciclo de encendido mediante el prebarrido.

Para ello pone en marcha el motor elctrico y empieza a entrar aire en el

hogar de la caldera con el fin de limpiarlo de gases procedentes de la anterior

etapa de combustin.

Con el motor tambin se pone en marcha la bomba, pero se mantiene la

electrovlvula cerrada y por ello no pasa combustible hacia la boquilla.

En esta fase tambin se conecta el transformador de tal manera que

comienza a saltar chispa de encendido entre los electrodos. La duracin de esta

fase es de 15 segundos.

18

3.2. Etapa de Encendido

En esta etapa el quemador realiza el encendido del combustible.

El programador enva tensin a la electrovlvula para provocar su apertura.

El combustible se conduce por la caa y sale pulverizado por la boquilla. Al tener

aire y chispa se debe producir el encendido de la mezcla.

3.3. Etapa de Funcionamiento

En esta etapa el programador o centralita cesa de dar tensin al

transformador y cesa el arco elctrico en los electrodos. El quemador contina

quemando el combustible.

19

3.4. Etapa de Bloqueo

Esta etapa corresponde a la accin de dejar al quemador fuera de servicio

por alguna anomala (queda bloqueado).

Si en el encendido la fotocelda no detecta llama, el programador corta la

tensin al motor elctrico (cesa la circulacin de gasleo y aire) al transformador

(cesa el arco elctrico en electrodos) y a la electrovlvula (cierra).

Posteriormente, se enciende el piloto de bloqueo de la caldera. Para

rearmar hay que pulsarlo manualmente (no permite rearmar en primeros 5

segundos mediante un trmico temporizador).

3.5. Etapa de Parada

Esta etapa consiste en la accin de dejar fuera de servicio el quemador (no

queda bloqueado).

20

Los termostatos cesan la alimentacin al programador, con lo que se para

el motor elctrico (cesa circulacin de gasleo y aire) y la electrovlvula: El

quemador queda dispuesto para nuevo arranque.

4. SELECCIN DE UN QUEMADOR

Para elegir el quemador necesario para nuestro sistema de calefaccin, se

debe considerar los siguientes parmetros

Capacidad o potencia del quemador (Kcal/h o kW)

Tipo de combustible a utilizar (lquido o gaseoso)

Presin de trabajo en el hogar

Entrada del combustible en el quemador (izquierda o derecha)

Accesorios adicionales (presostatos, termostatos de ambiente)

Simple o doble etapa de encendido

Marca y modelo

21

F. CONCLUSIONES

Tanto en el ambiente industrial, comercial como domiciliario, se reconoce a

la caldera como un componente de mucha importancia en el

funcionamiento cotidiano, sin embargo siempre es ubicado en un lugar

apartado, donde casi nadie suele ir y de esa manera, no recibe la debida

atencin. Habitualmente, el encargado de operar y mantener esta caldera,

es uno de los funcionarios peor pagado y de menor capacitacin. Este

trabajo de investigacin, nos ha permitido valorar de manera importante

este componente como el corazn de muchas industrias, pero tambin

saber que muchos industriales no quieren prestar la debida atencin.

Uno de los componentes crticos de las calderas, corresponde al

quemador, especialmente desde el punto de vista de las emisiones

contaminantes, pues una mala mezcla de aire-combustible puede generar

indeseables contaminaciones del medio ambiente, en tiempos en que

queremos desarrollar componentes que aporten al concepto de la eficiencia

energtica.

Para la correcta seleccin de un quemador se debe conocer su

funcionamiento y los conceptos expresados en este informe.

Al instalar un nuevo quemador hay que tener presente que estos son

fabricados en serie y su capacidad mxima efectiva prcticamente nunca

coincidir con la de la caldera. Es decir, si tenemos una caldera de 5 MW,

encontraremos, por ejemplo, quemadores de 4 o 6 MW de capacidad

mxima, pero no de 5 MW, Normalmente se debe escoger la capacidad

mayor ms cercana a las necesidades de la caldera. Esto significa que una

vez instalado, el quemador debe ajustarse para que no exceda la capacidad

nominal de la caldera. Si no se toma esta precaucin, se corre riesgo de

recalentar algn componente de la caldera.