Embed Size (px)
Citation preview
CAPITULO II
PRINCPIOS GENERALES DE LA COMBUSTION INDUSTRIAL
2.1. Conceptos básicos
La combustión, en términos generales, puede definirse como un proceso químico en el cual una sustancia, conocida como combustible, se une con un material oxidante (usualmente oxigeno del aire) produciendo calor y casi siempre luz.
En este sentido, la combustión abarca un aspecto muy amplio; desde la lenta reacción entre las páginas de este manual y el oxígeno del aire, volviéndolas imperceptiblemente más calientes que el medio ambiente y ocasionando su progresivo envejecimiento, hasta la violenta explosión de dinamita o TNT. Igualmente, constituyen procesos de combustión los usos domésticos de combustibles por un ama de casa, el flash de un fotógrafo que al quemarse instantáneamente produce un brillo cegador, etc. De todas las formas de combustión, resultaran de mayor importancia para nuestro caso, aquellas que pueden ser aprovechadas en forma controlada, aportando el calor que requieren muchos de los procesos industriales que se realizan para producción de bienes y servicios.
Es una ley establecida de la ciencia que la materia no se crea ni se destruye y que la energía que se produce en cualquier proceso de combustión es exclusivamente exceso de energía que las nuevas moléculas son forzadas a liberar debido a su reordenamiento interno.
La mayoría de combustibles contienen carbón, hidrogeno y algunas veces azufre. Cada uno de estos componentes, cuando se combinan con el oxígeno, forman dióxido de carbono, vapor de agua y dióxido de azufre liberando calor. Las principales reacciones de combustión se muestran en el cuadro 1.
1
Cuando el propósito de la reacción entre el oxígeno y otra sustancia es aprovechar el calor de la reacción, llamamos combustible a esta sustancia. Si este calor se utiliza con fines industriales estos compuestos serán considerados combustibles industriales.
Los combustibles industriales pueden presentarse en estado sólido (carbón, madera, coque, etc.), liquido (petróleo industrial, diésel, etc.) y gaseoso (gas natural, gas de refinerías, etc.).
La utilización de estos combustibles involucra aspectos químicos y físicos derivados de sus propias características y composición, el aire de combustión, el sistema del quemador, los determinados por los equipos donde se realiza a combustión y el proceso para el cual se realiza.
La combustión industrial puede definirse en los siguientes términos: Es el proceso fisicoquímico que permite la realización de las reacciones de combustión en condiciones que favorezcan la máxima disponibilidad de calor, en la forma que resulte aprovechable con la mayor eficiencia, en un proceso industrial determinado.
2.2. Mecanismo general de las reacciones de combustión
Los procesos de combustión en instalaciones industriales pueden presentarse en un espectro muy amplio y diverso de posibilidades en cuanto a combustibles y comburentes empleados, tipos y características operativas de quemadores, sistemas de regulación y control, etc. Sin embargo, siempre obedecen a un esquema básico, cuyo conocimiento…
CADRO 1
REACCIONES DE COMBUSTION
CARBONO C + O2 CO2 + 97600Kcal por Kmol
CARBONO C + ½ O2 CO + 29400 Kcal
2
MONOXIDO DE CARBONO
CO + ½ O2 CO2 + 68200 Kcal
HIDROGENO H2 + ½ O2H2O + 58200 + 69100
Kcal (vapor)Kcal (liquido)
AZUFRE S + O2 SO2 + 138600 Kcal
METANO CH4 + 2O2
CO2 + H2O + 192500 + 214300
Kcal (vapor)Kcal (liquido)
ETANOC2H6 + 7/2 O2
2CO2 + 3H2O + 342000 + 373600
Kcal (vapor)Kcal (liquido)
PROPANO C3H8 + 5 O2
3CO2 + 4H2O + 485100 + 528700
Kcal (vapor)Kcal (liquido)
BUTANOC4H10 + 13/2 O2
4CO2 + 5H2O + 625700 + 680200
Kcal (vapor)Kcal (liquido)
Conocimiento y comprensión resultan de necesidad imprescindible y gran importancia para acceder el análisis de cualquier sistema de combustión por más complejo que este pueda presentarse. Podría decirse que presenta la llave maestra para acceder a cualquier proceso de combustión que se desee mejorar
En la figura 1 se muestra el esquema básico de la combustión industrial en el cual se establece que una buena combustión requiere 3 puntos fundamentales
2.2.1 Proporción correcta aire – combustible
El diseño del quemador deberá asegurar el suministro de las cantidades adecuadas de aire y combustible en el sistema, estableciendo márgenes de regulación para ambos
3
Para asegurar la combustión completa deberá proporcionarse un exceso de aire, procurando que sea lo mismo que resulte posible
El análisis de los gases de combustión permitirá conocer el exceso de aire y la eficiencia de la combustión
En función del análisis de gases en forma manual o automatizada, se deberá efectuar ajustes en las variables de operación, controlando los resultados obtenidos
Manejando correctamente los puntos anteriores se lograra una combustión completa
2.2.2 Mezcla adecuada aire combustible
El diseño del quemador deberá proporcionar las condiciones de mezcla aire – combustible más adecuada para cada caso
La mezcla debe ser uniforme y permanente para cada punto de regulación de los márgenes de operación
FIRGURA N-1 DIAGRAMA ESQUEMATICO DE LA COMBUSTION INDUSTRIAL
4
COMBINACION EXOTERMICA DE OXIGENO CON UN COMBUSTIBLE PARA APORTAR EL CALOR REQUERIDO EN UN PROCESO INDUSTRIAL
COMBUSTION INDUSTRIAL
PROPORCION CORRECTA AIRE - COMBUSTIBLE
DISEÑO DEL QUEMADOR
EXCESO DE AIRE
MEZCLA ADECUADA AIREE- COMBUSTIBLE
IONICION INICIAL Y SISTEMA DE LA MEZCLA
DISEÑO DEL QUEMADOR FUENTE EXTERNA DE CALOR
MEZCLA UNIFORME Y HOMOGENEA
CONCENTRACION DE CALOR EN UN AREA LOCALIZADA
El objetivo principal de la mezcla será el lograr el máximo contacto superficial entre oxígeno y combustible
El estado físico del combustible determinara las condiciones operativas que permitirán preparar el combustible (pulverización, atomización, vaporización) en el caso de sólidos y líquidos y efectuar la mezcla en forma conveniente para cada caso
Manejando correctamente los puntos anteriores se lograra una combustión óptima
2.2.3 Ionicion inicial y sostenida de la mezcla
El encendido o ignición inicial de la mezcla requiere el aporte de calor de una fuente externa
Resulta necesario aplicar mucho calor a un área localizada para acelerar la reacción
La mezcla se encenderá solo al alcanzar su temperatura mínima de ignición, variable para cada combustible
5
ANALISIS DE GASES
REGULACION Y CONTROL
COMBUSTION COMPLETA
MAXIMO CONTACTO SUPERFICIAL COMBUSTIBLE -
OXIGENO
TEMPERATURA MINIMA DE IGNICION DE LA MEZCLA
GASES LIQUIDOS SOLIDOSPRODUCCION DE CALOR MAYOR QUE PÉRDIDAS
COMBUSTION ÓPTIMA COMBUSTION AUTO SOSTENIDAD
MAYOR APROVECHAMIENTO DEL PODER CALORIFICO DEL COMBUSTIBLE
CALOR REQUERIDO POR EL SISTEMA
Al producir las reacciones de combustión más calor del que se pierda a los alrededores, se mantendrá la combustión sin necesidad de la fuente externa
Manejando correctamente los puntos anteriores se lograra una combustión auto – sostenida y estable para las condiciones del proceso
- El cumplimiento de estos 3 requerimientos permita:- Lograr el máximo aprovechamiento del poder
calorífico del combustible utilizado- Aportar el calor requerido por el sistema con el menor
consumo de combustible y las condiciones operativas técnicas y económicamente más adecuadas
2.3 Tipos de combustión
El objetivo fundamental de la combustión es el de corregir la oxidación total del carbono y del hidrogeno para formar dióxido de carbono (CO2) y agua (H 2O) con lo cual se produce la energía máxima en forma de calor de la combustión y se evita efectos contaminantes
De acuerdo al nivel que se consiga en el logro de tal objetivo, se puede considerar los siguientes tipos de combustión:
Combustión perfecta (estequiometria)
Combustión completa (con exceso de aire)
Combustión incompleta (con defecto de aire)
Combustión imperfecta (preudo combustión)
2.3.1 Combustión perfecta estequiometria (fig.2)
Este tipo de combustión se consigue mezclando y quemando las cantidades exactamente requeridas de combustible y oxigeno los cuales se quemas en forma completa y perfecta
Esta combustión completa esta sin embargo, fuertemente limitada por condiciones químicas y físicas, ya que solo en teoría podemos hablar de reacciones perfectamente estequiometrias
6
Se plantean para realizar los cálculos teóricos de la combustión, etc, en función de la composición del combustible y el comburente empleados
2.3.2 Combustión completa con exceso de aire (fig. 3)
Para tener una combustión completa, es decir, sin presencia de monóxido de carbono en los humos de chimenea, es necesario emplear una
FIGURA 2.- COMBUSTION COMPLETA ESTEQUIOMETRICA
FIGURA 3.- COMBUSTION COMPLETA CON EXCESO DE AIRE
7
Proporción de oxigeno superior a la teórica.
Este exceso de aire conlleva especialmente 2 efectos importantes en cuanto al proceso de la combustión:
Disminución de la temperatura máxima posible al aumentar la cantidad de gases en la combustión. Variación sensible en cuanto a la concentración de los óxidos formados respecto al nitrógeno, lo que se traduce en una disminución de la eficiencia de la combustión.
El exceso de aire se expresa en porcentaje restando el teórico estequiometrico, el cual corresponde al 100%; es decir una cantidad de aire de combustión del 120% respecto al estequiometrico, se expresa como el 20% de exceso de aire. El índice de exceso de aire (n), también empleado en la práctica, será en este caso: n=1.2.
2.3.3 Combustión incompleta con defecto de aire (figura.4)
Cuando el oxigeno presente en la combustión no alcanza el valor del teórico necesario para la formación de CO2, H2 y el SO2 la combustión es necesariamente incompleta apareciendo en los gases de la combustión del monóxido de carbono, hidrogeno y partículas solidas de carbono, azufre o sulfuros. Considerando que estos componentes de los gases que se eliminan a la atmosfera contienen un apreciable contenido calorífico, las perdidas por combustión incompleta son elevadas cuando se proporciona menos aire del necesario. Un 1% de CO en los gases producen una pérdida de aproximadamente un 4% del poder calorífico del combustible y el riesgo inminente de explosión al llegar a atmosferas súbitamente oxidantes.
8
FIGURA 4.- COMBUSTION INCOMPLETA
FIGURA 5.- COMBUSTIBLE IMPERFECTA SEUDO-OXIDANTE
9
2.3.4 Combustión imperfecta (Fig .5)
Se produce una combustión imperfecta o seudocombustion oxidante cuando pese a existir exceso de aire, no se completa las reacciones de combustión, apareciendo en los humos de chimenea productos de combustión incompleta, tales como inquinados, residuos de combustibles sin oxidar, partículas sólidas, etc.Este tipo de combustión puede producirse a las siguientes causas:
La elevada carga térmica del hogar, es decir, la relación entre la potencia calorífica y el volumen del hogar, ya que existe poco tiempo de permanencia.
La escasa turbulencia, existente por tanto una mala mezcla aire-combustión, lo que en muchos quemadores se producen por cantidad insuficiente de aire o por estar trabajando a una fracción muy pequeña de su potencia nominal.
La falta de uniformidad de pulverización en los combustibles líquidos, ya que cuanto mayor sea el
10
número de gotas de gran tamaño, tanto más fácil es que se produzca inquemados: una gran gota de gran diámetro necesita un tiempo mayor de permanencia para quemar por completo.
El enfriamiento de la llama, lo que puede ocurrir cuando la mezcla de aire-combustible incide sobre superficies relativamente frías, tales como el frente de la cámara de combustión o las paredes de un tubo de llama y también cuando se trabaja con un gran exceso de aire.El alto porcentaje de carbono en los combustibles.En la práctica, este es el tipo de combustible más generalizado por resultar más ajustado a la realidad.
En la medida que se mejore la combustión imperfecta aproximándose a las condiciones teóricas de combustión completa con mínimo exceso de aire, se logra mejorar rendimientos y se evitara efectos contaminantes.
2.4Calculo de combustiónLa utilización de gráficos rápidos y diagramas de combustión resultan suficientemente exactos y considerablemente más prácticos, pero siempre resulta necesario conocer algunas fórmulas de utilización directa:
a) Para calcular el aire estequiometrico necesario (Am) en condiciones normales de P y T:
Combustibles sólidos y líquidos Am=8.90C+26.67H 2+3.33S
(m3deairekg
de combustible)
Combustibles gaseosos
Am=2.38H 2+2.38CO+(m2+n24 )4.76C m2H m2+.. .
4.76 (m1+n34
)Cm1Hmi
(m3deaire
m3de combustible)
11
b) Para calcular el aire estequiometrico tomando en cuenta la humedad (aire mínimo húmedo=Amh)Amh=F x Am
F=1+HRPs
Pr−HR−Pm
Siendo:HR= Humedad relativa en tanto por unoPr = Presión real del aire en mm de Hg.Pm= Presión de saturación del vapor de agua en mm de Hg.
c) Exceso de aire (n-1)
n= ArealAm
=indicede exceso deaire
n−1=exceso de aire
Conociendo la composición en O2 yCO2 de los gases de combustión.
n=0.221x%N2
0.21x%N2−0.79 x O2
d) Cantidad de composición de los gases de la combustión.Combustibles sólidos y líquidos
Gh=8.90n .C+5.60 (4.76n+1 ) H 2+3.33n. S N m3
Combustibles gaseosos
Gh=0.5 (4.76n+1 ) H 2+[ n14 +4.76 n(m1+n14
)]Gm1H m1
2.5Gráficos para cálculos rápidos de aire y gases de combustiónEl empleo de gráficos rápidos resulta de gran utilidad para el trabajo en plantas industriales, resultando conveniente ajustarlos a las características específicas de los combustibles empleados.
12
2.4.1 Gráficos para calcular los volúmenes de aire y gases de combustión para carbono (fig.6)
Resulta necesario conocer:Poder calorífico del combustible en Kcal/kg.% en peso de cenizas.Índice de exceso de aire n.
Ejemplo: Sea un carbono que tenga un PCI=5700 Kcal/kg, un porcentaje de cenizas del 33% y que se quema con un exceso de aire n=1.5.Por el punto de PCI=5700 se levanta una vertical hasta el corte con la recta de aire mínimo.
Am=6.3Nm3/kg .
El aire real de combustión será A=nAm=1.5 x6.3=9.45Nm3/kg .
Para obtener los gases de combustión se prolonga la vertical hasta la línea de n=1.5, y desde el punto de la corte horizontal hacia a la derecha, se lee
H=10.1Nm3/kg .
Estos valores deben ser corregidos en función del porcentaje de las cenizas mediante el cuadro de la parte superior izquierda. El haz de rectas inferior sirve para corregir el aire, y el superior para los gases.Los valores corregidos son:
Ac=A−Fm;Ha=H−Fn
Trazando una vertical por el 33% hasta n=1.5, se obtiene para el haz inferior Fa=0.29 y para el haz superior Fn=0.70.
13
FIGURA 6.- VOLUMENES DEL AIRE Y GASES DE COMBUSTION PARA CARBONE
14
El aire de combustión será:Ac= 9,45 – 0,29 = 9.16 Nm3/kgY los gases de combustión:H = 10.1 – 0.70 = 9.40 Nm3/kg
2.5.2 Combustibles líquidos
Mediante el grafico de la figura 7 se obtienen los volúmenes de aire y gases de combustión por kg de combustión, por kg de combustible líquido, en función de:P.C.I. en Kcal/kg
15
Exceso de aire n.
Sea un fuel oil de P.C.I = 9.600 Kcal/kg, que se quema con un 20% de exceso de aire, es decir
n=1,2
Por el punto de P.C.I. = 9.600 se traza una vertical hasta la recta de aire mínimo y desde aquí una horizontal, leyéndose en la escala de la izquierda Am=10,5 Nm3/kgEl aire real será A= n . Am = 1,2 * 10,5 = 12,6 Nm3/kg
Para obtener los gases de combustión, se sigue la vertical hasta la recta de n = 1,2 leyéndose en la escala vertical.H = 13,3 Nm3/kg
2.5.3 Combustible gaseoso
Con el grafico de la figura 8 se obtiene los volúmenes de aire y gases porNm3de combustible gaseoso en función de:P.C.I. en Kcal/Nm3
Exceso de aire n.
FIGURA 7.- VOLUMENES DE AIRE Y GASES DE COMBUSTION PARA COMBUSTIBLES LIQUIDOS
16
FIGURA 8.- VOLUMENES DE AIRE Y GASES DE COMBUSTION PARA COMBUSTIBLES GASEOSOS
17
Por ejemplo, sea un gas natural que tenga un poder calorífico inferior de 10.100 Kcal/Nm3 que se queme con un exceso de aire del 10% (n=1,1). Siguiendo el procedimiento del apartado anterior se tendría:
Aire : Am = 11,3 Nm3/N m3
A=n Am = 1,1 * 11,3 = 12,43 Nm3/N m3
Gases : H = 12,9 Nm3/N m3
2.5.4 Calor especifico del aire y los gases de combustión
Mediante el grafico de la figura 9 se puede determinar los calores específicos medios de los gases de combustión y el aire, necesarios para estructurar balances térmicos.
2.6 Diagramas de la Combustión
Aunque las calculadoras programables y los analizadores de gases micro computarizados prácticamente los han desplazado, los diagramas de combustión construidos en
18
función de la composición del combustible para calcular gráficamente los valores correspondientes a los gases de combustión, a partir de los datos proporcionados por el análisis de gases, resultan siempre de importante utilidad:
Existen 3 tipos de diagramas:
El diagrama de Bunte, que se utiliza para combustiones completas y para cualquier tipo de combustible El diagrama de Ostwald para combustiones incompletas con inquemados solo en forma de CO.El diagrama de Keller, similar al anterior, solo que incluye también inquemados en forma de H 2
FIGURA 9.- CALOR ESPECIFICO MEDIO DE LOS GASES DE COMBUSTION DEL AIRE
En la práctica industrial el de Bunte resulta muy teórico y el de Keller muy poco frecuente, resultando más difundida la utilización del Diagrama de Ostwald
19
En la figura 10 se ha representado la construcción de un Diagrama de Ostwald para un residual 6 de las siguientes características:Gravedad especifica 0.963Densidad 15.4 °APIComposición: C=83.85%
H=10.74%S=3.60%N=0.30%O=0.30%H 2O = 1.21%
En el eje horizontal se indican los % de O2y en el vertical los de CO2
El punto P1 corresponde al % de CO2 max. en este caso el 15.94% , es decir a combustión completa estequiometrica: n=1 y %O2 = 0
El punto P2 corresponde a % CO2= 0 ya que todo el carbono del combustible ha pasado solamente a CO. En este punto, correspondiente a n=1 existen un contenido de O2= 7.38% , debido a la no transformación de CO en CO2
El punto P3 corresponde a CO2= 0 y CO=0 en el que O2= 21% correspondiente al aire puro
La recta P1 P3 corresponde a las combustiones completas, donde no aparece COLa recta P1 P2 es la de combustiones incompletas con índice de exceso de aire n=1, en las que hay una mezcla de CO y CO2
FIGURA 10.- DIAGRAMA DE OSTWALD
20
La recta P2 P3 es también de combustiones incompletas, pero en donde no aparece CO2
La zona delimitada por el triángulo P1 P2 P3 corresponde a combustiones incompletas con exceso de aire
La zona del triángulo P1 OP2 indica las combustiones con defecto de aire
Las líneas paralelas a la P1 P3 son de % CO = cte.Las líneas aparentemente paralelas a la P1 P2 corresponden a n=cte.
Si se conocen 2 valores cualesquiera de CO2 , O2 y CO, con la ayuda del diagrama se puede determinar el tercero de estos valores así como el índice de exceso de aire n.
Sea por ejemplo CO2= 12,4% y O2= 2,9%
Levantando una vertical por O2 = 2,9 y trazando una horizontal por CO2= 12.4 , el punto de corte se encuentra en las líneas de CO=2% y n=1,10
Análogamente, si se conoce que CO2= 12,4 y CO = 2,0 trazando una horizontal hasta el punto de corte con la recta de CO = 2% y desde aquí una vertical, vemos que O2= 2.9% y n= 1,10De igual forma se haría conociendo % O2 y % de CO2
21
En toda planta industrial que utilice normalmente un determinado combustible en forma estable, debe disponerse de un diagrama de Ostwald, construido para la composición especifica conocida y actualizada de dicho combustible
Capitulo IX
MEDICIÓN DE VARIABLES Y EVALUACIÓN DE COMBUSTIÓN EN PLANTAS INDUSTRIALES
9.1 CRITERIOS BASICOS
La simple observación de las condiciones en que se realiza la combustión en equipos industriales no resulta suficiente para evaluar la eficiencia con que se realiza la combustión y proceder a los ajustes que resulten recomendables.
A la inversa, de disponer de los equipos de medición más completos y sofisticados no representan ninguna garantía de conseguir buenos resultados.
Para cada caso particular, como objetivo de análisis, resultaran recomendable determinados instrumentos de medición y, de fundamental importancia, la adecuada interpretación y aplicación de la información registrada,
No hay razón para usar instrumentos de gran precisión cuando se procede a mediciones de carácter manual. Los instrumentos de precisión son caros y a menudo fácilmente dañables cuando se los manipula sin el debido cuidado.
La exactitud de los resultados es determinada normalmente más por la manera en la cual el equipo de medición es usado. La manera en la cual las mediciones son ejecutadas y los resultado de la mediciones son procesadas, que por la exactitud y la precisión de los instrumentos de medición.
El criterio con el que se maneja todos estos factores, indudablemente, siempre resultara la mejor garantía de humos resultados
22
Para que una medición se significativa, los resultados de la medición deben representar aquello que deseaba ser medido.
Los requerimientos que deben cumplirse para lograr resultados correctos en las mediciones incluyen:
Uso de instrumentos adecuados. Uso de métodos apropiados. Seleccionar el momento de medición adecuada para
conseguir resultados representativos. Elegir resultados representativos Procesamiento adecuado de los resultados.
Estos requerimientos resultan aplicables tanto a mediciones manuales como estacionarias.
Las principales variables o parámetros relacionados con la combustión son:
Medición de temperaturas. Análisis de gases de combustión. Medidas de presión en gases Medidas de caudal de gases
La mayor o menor complejidad y tamaño de las instalaciones o equipos objeto de análisis, determinan la variedad y profundidad de la mediciones que se deben efectuar, en base a estos parámetros y otros que resulten necesarios en casos específicos
9.2 MEDICION DE TEMPERATURAS
La temperatura es una de las variables de mayor importancia tanto para regular la condiciones de combustión como para evaluar la eficiencia, por lo cual su correcta medición y registro, resultara de gran importancia.
Los puntos de medición mas frecuentes, relacionados con la combustión son:
a) Temperatura del combustible: En el tanque de alimentación , antes de pre-calentamiento , ingreso a la bomba de calentamiento, ingreso al quemador
23
b) Temperatura de aire de combustión : aire primario, secundario y terciario
c) Temperatura de la llama en la cámara de combustiónd) Temperatura del material y las paredes en el interior
de la cámara de combustión, en los casos que resulten necesarias
e) Temperatura de los gases producidos en el interior de la cámara de combustión
f) Temperatura de los gases de chimenea
Para efectuar la medición de temperaturas en estos puntos y otros que sirvan además para demostrar las pérdidas de calor a través de paredes, el producto, purgas, etc., se utiliza 2 tipos de instrumentos :
Instrumentos en los que el elemento sensible se encuentra en contacto con el medio donde se efectúa la medida de termómetros de bulbo con liquido, gas y liquido- vapor: termómetros bimetálicos , de resistencia , termopares, pirómetros de aspiración
Instrumentos en los que el elemento sensible no se encuentra en contacto con el medio; pirómetros de radiación total, ópticos y bicromaticos
9.2.1 TERMÓMETROS DE BULBO CON LÍQUIDO
Se basan en la dilatación aparente de un liquido colocado al interior de un recipiente cerrado y pueden construirse de vidrio o material metálico
La precisión de estos instrumentos es del orden del 1% y la rapidez de respuesta puede variar desde fracciones de segundo hasta minutos, dependiendo del tamaño del bulbo, tamaño y tipo de la funda protectora, espesor de la pared del elemento sensible y transmisión de calor entre el bulbo y la pared
Son instrumento muy sencillos, relativamente baratos y prácticos para mediciones puntúales, pero presentan la
24
desventaja de ser mantenido mucho tiempo en el medio de medición
9.2.2 TERMÓMETRO DE BULBO CON GAS
Se componen de un bulbo por un tubo capilar a un elemento deformable. El conjunto está lleno de un gas de alta pureza, a una presión comprendida entre 20 y 50 kg/cm2 para la temperatura d medida más pequeña. El intervalo de medida está comprendido entre -100y 600 °C y la graduación de la escala de lectura es prácticamente lineal. Los gases mas empleados son helio, hidrogeno y nitrógeno
Su principal ventaja es que permiten medir temperaturas muy bajas además son muy precisos. Su inconveniente se debe al tamaño relativamente elevado que debe tener el bulbo
9.2.3 TERMÓMETRO DE BULBO CON LIQUIDO- VAPOR
Consisten en un recipiente cerrado que contiene un liquido y su vapor. La presión del vapor en equilibrio con el liquido es función de la temperatura. Por tanto, midiendo esta presión se dispone de una temperatura. El termómetro de bulbo asociado de vapor puede ser de dos clases: en la primera el liquido volátil llena el capilar actúa sobre el elemento deformable; en la segunda esta acción realiza un segundo liquido. En el primer caso su campo de aplicaciones restringe a aquellos casos en que la temperatura del capilar y del elemento deformable son inferiores a la del bulbo
Estos equipos se pueden utilizar para medir temperaturas entre -30 y 300 °c y dan una respuesta relativamente rápida
9.2.4 TERMÓMETRO BIMETÁLICO
Estos termómetros consiste en dos laminas metálicas unidas, de coeficiente de dilatación diferente y cuyo movimiento, por acción del calor, se transmite a un mecanismo indicador. Generalmente las laminas se colocan enrolladas en espiral y la diferencia de dilatación provoca el
25
desplazamiento de la extremidad libre de la espiral. Pueden utilizarse entre -50 y 500 °c con una precisión del +2%
Lo mismo que los termómetros de bulbo se deben proteger con vainas, aunque aumente el retrasan en la transmisión de la señal que de por si ya es apreciable
9.2.5 TERMÓMETRO DE RESISTENCIA
El principio de medida de estos termómetros se basa en la variación de la resistencia eléctrica de un conductor con variación de la temperatura. Los metales mas empleados en la construcción de estos termómetros son el cobre, el níquel y el platino, siendo su campo de medida entre -200 y 150 °c por los que sus aplicación se reduce a temperatura bajas de los gases de combustión
La precisión de estos termómetros es muy grande y puede obtenerse lecturas de temperaturas con un error inferior a ± 0.5 °c, el tiempo de respuesta depende como en los demás termómetros de la masa de la vaina de protección y de la transmisión de calor entre los gases y la sonda, pudiendo llegar hasta unos 15 min. Por los que haya q tener en cuenta este aspecto en aquellas instalaciones en las que haya rápidas variaciones de la temperatura
Los termistores son instrumento cuyo sensor esta constituido por semiconductores electrónicos, y a diferencia de los termómetros de resistencia esta disminuye rápidamente al aumentar la temperatura teniendo la variación de 5 a10 veces superior. El tiempo de respuesta varía desde fracciones de segundo a minutos
Las principales aplicaciones son:
Medidas en intervalos grandes de temperatura (del orden de 200°c) con una precisión del orden de ± 1°c
Medidas de intervalos pequeños (25 °C)con una precisión de +0.1 °c
26
Determinación de variaciones de temperatura y de poca amplitud. Por ejemplo variaciones del orden de segundos y amplitudes de entre 0.01 y 0.001°C
9.2.6 TERMOPARES
El principio de medida de un termopar se basa en que si los puntos de unión de dos hilos de metales diferente se encuentran sometidos a una diferencia de temperatura se origina una fuerza electromotriz proporcional a dicha diferencia. Uno de los puntos de unión o soldadura esta en contacto con la corriente de gases ya el otro al punto frio con el exterior por los que para conocer la temperatura real de los gases hay que sumar la temperatura del punto frio a la diferencia de temperaturas entre el punto caliente y el frio
Un termopar debe reunir las siguientes características:
Desarrollar una fuerza electromotriz (f.e.m)tan grande como sea posible
Tener una vida elevada. Es decir deben ser resistentes ala corrosión y el choque y deben conservar invariable la f.e.m. correspondiente a cada temperatura
Conservar invariable la f.e.m. correspondiente a cada temperatura.
Ser intercambiable, es decir, que los equipos de lectura no necesitan ninguna corrección cuando se sustituye un termopar por otro de la misma naturaleza.
En aquellos casos en que el termopar deba estar en contacto con atmosferas corrosivas es necesario utilizar una vaina de protección. Las condiciones que deben reunir estas vainas son las siguientes:
Resistencia a los cambios bruscos de temperatura.
Elevada conductividad. Resistencia a la temperatura. Poca porosidad.
27
Resistencia a la corrosión.
La elección de los metales o aleaciones que forman el termopar se realiza en función del intervalo de temperaturas que deben medirse, de la naturaleza de la atmosfera a la que puede estar expuesto el material y de la precisión que se requiere.
Los termopares más utilizados son los siguientes:
Cobre-constantan. Utilizable entre -190 °C y +400°C. La f.e.m.- No varía linealmente con la temperatura. La precisión es del orden del 1.5%.
Hierro-Constantan. Utilizable entre -190°C y +850°C. La precisión es de +4°C, entre -190°C y 400°C y por encima de 400°C es +1%. Aunque sus propiedades mecánicas no son buenas, son adecuadas para atmosferas reductoras.
Crowel-Alumel. Se pueden utilizar entre 0°C y 1.350°C. Su cuerva de f.e.m., en función de la temperatura, es prácticamente lineal. Su precisión es de ±3°C hasta 400°C. Se caracterizan por su gran estabilidad. Se pueden utilizar en casi todo los casos usuales de medidas de temperatura hasta 1.100°C.
Metales nobles (Platino/platino-Rodio). Se pueden utilizar para medir temperaturas de hasta 1.700°C. Su desventaja es que son muy sensibles a la contaminación por hidrógeno, carbono, fósforo, etc. Por ello, se utilizan preferentemente en atmosfera oxidantes.
9.2.7. Pirómetros de aspiración
Cuando se efectúan medidas de temperatura de gases a alta temperatura, por ejemplo, en el interior de hogares por medio de termopares, el resultado obtenido es un valor es un valor intermedio entre la temperatura de las paredes y la de los gases.
Para eliminar el efecto de las paredes, se usan unos aparatos llamados pirómetros de aspiración, en los que los termopares, que suelen ser de platino/-platino-rodio, están protegidos por una funda, que esta a su vez dentro de un
28
tubo abierto por el extremo que se introduce en la corriente de gases: estos se aspiran por el espacio anular existente entre la funda y el tubo, a velocidades muy elevadas, de forma que la transmisión del calor por convección es muy grande, pasado después a una zona refrigerada por agua.
9.2.8. Pirómetros de radiación total
La radiación emitida por un cuerpo caliente se concentra por medio de una lente o de diafragmas, sobre uno o varios termopares colocados en serie.
La medida de la f.e.m. generada por el termopar, permite conocer la temperatura del cuerpo caliente.
Son adecuados para niveles de temperatura de hasta 2000 grados centrifugados.
9.2.9. Pirómetro óptico
Se basan en la medida de radiación emitida por un cuerpo en una zona del espectro visible, por comparación con la emitida por un filamento caliente. Cuando se consigue que las intensidades luminosas de ambos sean iguales, midiendo la temperatura del filamento se determina la temperatura del cuerpo. Son equipos muy sensibles y muy precisos hasta 3.500°C.
9.2.10 Pirómetro bicromáticos
Estos equipos se basan en la relación entre energías emitidas por una superficie a dos longitudes de onda diferentes y la temperatura. Aunque presentan ciertas ventajas con respecto a algunos de los pirómetros anteriores, su elevado costo hace que su empleo, en aplicaciones industriales, sea muy limitado.
9.3 Análisis de los gases de combustión
Las mediciones de la temperatura de los gases de combustión permiten apreciar el nivel de pérdidas de calor al arrojar gases calientes a la atmósfera; el conocimiento de la composición de los gases permitirá identificar las causas y recibir los ajustes que permitan evitarlas o minimizarlas.
29
Para el caso de una combustión completa resultara suficiente medir el CO2 y el O2 para calcular la eficiencia de la combustión y el exceso de aire utilizado. En la práctica, al presentarse posibilidades de combustión incompleta o imperfecta, con presencia de inquemados, resultará necesario medir además el CO y el H2.
Aunque de presencia menos frecuente, puede resultar necesario el análisis de hidrocarburos gaseosos, sobre todo para combustibles gaseosos, y de inquemados sólidos, para carbones y combustibles líquidos.
Finalmente, se analizaría el contenido en SO2. Esta medida, desde el punto de vista de la combustión, es poco útil por 3 razones:
El porcentaje de SO2 en gases es muy bajo.El SO2 no es un inquemado y por tanto su calor de combustión se aprovecha.En los métodos más comunes de análisis, al medir el CO2 se mide conjuntamente el SO2.
Con buenas condiciones de mezcla, la combustión perfecta se obtiene cuando el análisis de gases de combustión no muestra CO, H2 u O2 y cuando el porcentaje de CO2 es el máximo.
Ajustando la relación aire/combustible hasta que se obtenga el máximo porcentaje de CO2 y se disminuya al mínimo el porcentaje de O2 y residuos combustibles, un operador puede poner un quemador en el punto de operación de máxima eficiencia.
Esto permite la regulación aproximada de la relación aire/combustible en quemadores individuales sin medir los flujos de combustible y aire.
Para aplicaciones que requieren combustión oxidante o reductora, el análisis de los gases puede ser usado como un medio de reproducir ciertas condiciones deseadas, si todas las otras condiciones deseadas, si todas las otras condiciones son exactamente las mismas.
30
En el cuadro 13 se presenta los métodos de análisis de gases de combustión.
9.3.1 Medición del CO2
La medición del CO2 resulta muy adecuada para comprobaciones puntuales del estado de la combustión per no se emplea para casos de medidor en sistema continuo que son la base de los modernos sistemas de regulación automática de la combustión.
El % de CO2 en conjunto con la temperatura de los gases de combustión, nos permiten calcular el rendimiento de la combustión.
Los métodos de análisis del CO2 son:
Presentación con hidróxido bárico [Ba (OH)2]. Conductividad eléctrica. Reacción con hidracina. Absorción química con potasa (KOH). Conductividad térmica. Espectrofotometría de infrarrojos no dispersivos.
CUADRO 13
METODOS DE ANALISIS DE GASES DE COMBUSTIÓN
31
METODO DE MEDIDA COMPONENTE CO2 O2 CO CO+H2HIDROCAR. GASEOSOS
INQUEM. SOLIDOS SO2
Precipitación con Ba (OH)2 XConductividad eléctrica X XColorimétrico con hidracina XAbsorción quimica X X X XConductividad térmica X XInfrarrojos dispersivos XInfrarrojos no dispersivos X XParamagnético XSonda de óxido de zirconio XMembrana semipermeable XColorimétrico con I2 O5 XOxidación con HgO XCombustión Catalítica X X XIonización de llana XIndice de ennegrecimiento XOpacimetría XGravimetría XAbsorción de rayos XDifusión de la luz XCarga electroestática XVibración de curaso piezoeléctrico XReacción con agua oxigenada XCloranilato de bario XAbsorción de luz ultravioleta XFotometría de llama X
Los 3 primeros métodos no son normalmente utilizados bien por su laboriosidad, bien por su inexactitud y el último es más utilizado para el análisis del CO. Por tanto, los métodos más comunes son la absorción química y la conductividad térmica.
Absorción química
Este método se basa en la absorción del CO2 por una solución alcohólica de potasa, lo que se traduce en una disminución del volumen de gases introducido y en un aumento del nivel del líquido, graduado directamente en porcentaje de CO2.
Los dos equipos más conocidos que operan con este método son el Fyrite y el Orsat.
La extracción de gases se efectúa en el Fyrite mediante una pera goma (figura 46).
32
En los tipos más sencillos de aparatos Orsat no está incluido el elemento aspirador de gases, por lo que la muestra puede introducirse mediante un extractor análogo al anterior o bien mediante la utilización de un balón o una botella de toma de gases. En el caso de las botellas, la muestra puede introducirse haciendo un vacío previo en la botella, o bien mediante una bomba, barriendo previamente el aire contenido. Asimismo, puede acoplarse una bomba al Orsat, que aspira los gases del conducto y los mete al aparato, en cuyo caso hay que prever una válvula de 3 vías, a fin de que durante el barrido previo se expulsen el aire y los gases, y cuando se haya efectuado el barrido, introducir la muestra en el aparato.
FIGURA 46.- ANALIZADOR FYRITE PARA CO2 Y O2
33
Comparando el fyrite con el orsat, el primero tiene la ventaja de la sencillez y rapidez con que se efectúan los análisis .Por el contrario, el fyrite tiene el inconveniente de una menor precisión en las medidas, por dos razones:
El volumen de gases introducidos no se mide con exactitud, ya que aunque se den las emboladas indicadas por el fabricante, depende de la presión que se aplique a la pera de goma.En cambio, en el orsat, el volumen de muestra de 100 cm3 se mide con precisión por medio de una bureta graduada.
Cuando se efectúan varios análisis consecutivos con el fyrite, no se da tiempo a los gases a enfriarse, por el corto recorrido del tubo de extracción, variando el volumen de gases introducido por el aumento de temperatura, pudiéndose llegar incluso a la no condensación del vapor de agua.
.Conductividad térmica
Este método se basa en la baja conductividad térmica del CO2 en la relación con otros gases, efectuándose una comparación con un gas de referencia, normalmente aire.
La lectura puede verse influencia por el vapor de agua y por el hidrogeno, por ello, es necesario, secar la muestra de gas para eliminar el agua .En cuanto al hidrógeno, dada la pequeña proporción del mismo, su influencia es mínima, a no ser que esté presente en porcentajes superiores al 1%.
34
9.3.2 Medición del O2
La principal razón para medir el O2 en los gases de combustión es determinar el nivel de exceso de aire. A bajas lecturas de O2 , el exceso de aire es aproximadamente 5 veces el porcentaje de O2 presente. Por ejemplos el analizador portátil da una lectura del 2 % de O2, luego el exceso de aire es aproximadamente 10%.
Para medir el O2 se pueden emplear el llamado sistema paramagnético y la célula de zirconio. El primer método se funda en el efecto de atracción que un campo magnético ejerce sobre las moléculas de oxigeno contenidas en un gas .las moléculas atraídas pasan a través de una resistencia eléctrica y la refrigeran, el cambio de temperatura en la resistencia modifica el valor de resistividad eléctrica en un valor proporcional al contenido de oxígeno .Este sistema es bastante preciso, salvo cuando los contenidos de oxigeno son muy bajos. En la figura 47 aparece un esquema de este tipo de equipos.
En instalaciones de control automático de combustión, es preciso tener una referencia continua del exceso de aire, esto se consigue midiendo el contenido de oxígeno. El sistema paramagnético tiene un tiempo de respuesta largo y poca precisión en niveles de exceso de aire bajos, lo que no lo hace adecuado para estos sistemas.
Si un disco plano de zirconio recubierto con una fina capa de platino , se calienta a 700 C y se coloca de forma que una de sus caras este en contacto con la atmosfera y la otra con los gases, se crea una diferencia de potencial entre sus caras que es proporcional a la presión parcial del oxígeno en ambas .Cuanto menor sea el nivel de oxígeno en lo gases, mayor es la señal. La tensión creada se emplea para controlar el caudal de aire o de combustible y la respuesta a variaciones es muy rápida (en la figura 48 aparece un esquema de este tipo de analizador).
El método de absorción química, también empleado frecuentemente en la práctica para medir el O2 en gases de combustión, es el mismo que el indicado para el CO2, a
35
excepción del absorbente, que en este caso es piro galato sódico.
Los equipos más comunes que usan este método son así mismo el orsat y el fyrite, siendo por tanto valido todo lo expresado en el caso del CO2 .El piro galato sódico se gasta más rápidamente que la potasa, por lo que es necesario verificar periódicamente el estado del reactivo, comprobando, por ejemplo, que el porcentaje de oxígeno en el aire es del 21 %.
9.3.3 Medición del CO
Medición del contenido del CO proporciona indicación sobre el contenido de este inquemado. Su empleo es particularmente aconsejable cuando el combustible es un gas. En los combustibles líquidos o sólidos, la producción de inquemados suele ser ostensiblemente visible por la aparición de humos negros. Cuando el combustible es gaseoso, el único signo visible suele ser un cambio en la tonalidad de la llama.
Quemando gas, si únicamente nos guiamos por el resultado del análisis de CO2 cabe la posibilidad de que inadvertidamente se regulase la combustión con defecto de aire y se emitiese una peligrosa cantidad cantidad de CO.
Loa principales métodos para la determinación del monóxido de carbono son:
Oxidación con I 2O5 y colorimetría.
Oxidación con H 2O a 200 c y valoración del mercurio formado por absorción atómica.
Oxidación catalica a CO2
Absorción química
Espectrofotometría de infrarrojos no dispersivos.
Espectrofotometría de infrarrojos dispersos
El primer método es práctico, pero solamente permite obtener magnitud de concentraciones. El segundo es un
36
método muy exacto y adecuado para concentraciones muy pequeñas de CO, pero es muy costoso y bastante laborioso.
El método de absorción química es muy análogo al indicado para el CO2 y el O2 siendo empleado en este caso, como absorbente, el cloruro cúprico en solución amoniacal. El principal equipo que opera por este método es el Orsat, pero solo es adecuado para niveles relativamente altos de CO, siendo detectable, pero sin ninguna precisión en la medida, a partir del 0,1%.
El método de infrarrojos dispersivos es muy poco frecuente, siendo las principales características de los restantes:
Oxidación catalítica
En este método el CO se quema a CO2 mediante una combustión facilitada por catalizadores, es decir sustancias que aceleran el proceso.
Los catalizadores usados son a base de óxidos de plata, magnesio y cobalto.
El calor desprendido en la combustión conduce a una elevación de temperatura de la masa del catalizador y del gas que sale de la celda de combustión. Para el caudal de gas dado, esta elevación de temperatura se estabiliza cuando se alcanza el equilibrio, es decir, cuando el calor desarrollado por la combustión y el que se pierde por radiación, convección y radiación, son iguales. La medida de esta elevación de temperatura es directamente proporcional a la concentración de CO.
Otra variante de este método consiste en medir el CO2
formado por la combustión calorífica del CO.
Este método puede usarse también para la medida conjunta de CO y H2.
Espectrofotometría de infrarrojos no dispersivos. Este método se basa en la diferencia de absorción de radiación infrarroja entre el CO y un gas de referencia normalmente nitrógeno o helio, que se traduce en una producción de calor que pone en vibración una membrana que forma
37
parte de las armaduras de un condensador, variando su capacidad y originando una corriente que, rectificada, sirve de medida de la cantidad de CO que existe en los gases de combustión.
Este método es bastante preciso y tiene la ventaja de la poca frecuencia de calibración del aparato.
9.3.4 Medición de inquemados sólidos (Índice de bacharach)
La presencia de inquemados sólidos en los gases de combustión permite detectar que se está produciendo una combustión incompleta por efectos del aire o una combustión imperfecta por no existir condiciones adecuadas de mezcla, incorrecta atomización de los combustibles, puntos fríos en la cámara de combustión, etc.; estas condiciones producen depósitos de hollín, disminución de la eficiencia de combustión y crean problemas de polución ambiental.
La medición de opacidad o ennegrecimiento de humos permite efectuar un rápido ajuste aproximado de las condiciones operativas del quemador y, complementada con el conocimiento del CO2 y la temperatura de los gases, afinarlo al punto de máxima eficiencia.
El medidor de opacidad true-spot de bacharach-(figura 49) junto con la escala que lo acompaña, permite medir el contenido de humos en los gases de escape (Índice de bacharach).
38
El método consiste en succionar los gases de la chimenea mediante el tru-spot realizando diez emboladas completas; los gases pasan a través de una tira de papel filtro colocado en la ranura provocando su ennegrecimiento en forma proporcional a su contenido de inquemados sólidos.
El papel filtro se compra luego con la escala Bacharach, la cual esta numerada del 0, correspondiente al blanco, hasta el 9, negro. Un valor de 3 puede ser considerado aceptable para calderos que emplean combustibles líquidos o sólidos.
En caso de quemadores de gas, su combustión incompleta no se traduce en humos opacos y hollines, por lo cual el true-spot no resulta útil. Deberá controlarse la posibilidad de inquemados por mala combustión midiendo el contenido de CO por los métodos indicados.
El monoxor es un aparato práctico y fiable para registrar el contenido de CO en los gases de combustión. El tubo indicador del monoxor está lleno de un producto amarillo sensible al CO. El contenido del CO de la muestra es absorbido por este producto químico. El cual cambia de color volviéndose marrón oscuro. Una combustión libre de CO debe presentar menos de 0.04% de CO.
39
9.3.5 Analizadores de combustión micro computarizados
La importancia técnica y económica de conseguir y mantener elevados los niveles de eficiencia en la combustión industrial ha producido un importante avance en la disponibilidad de instrumentos para
Realizar ensayos en planta vinculados con la con la combustión, dando lugar a la actual era de los analizadores digitales en diversas marcas, tipos y diferentes tipos de sofisticación. Con la ayuda de la tecnología de los microprocesadores, estos aparatos, mientras miden directamente el oxigeno, puede computar:
a) Eficiencia de la combustiónb) Contenido de CO2 (%)c) Exceso de aire (%)d) Perdidas por chimenea (%) para varios tipos de
combustibles.
Son suficientemente versátiles para una gran variedad de aplicaciones, siendo algunas de ellas:
Análisis energético de instalaciones, auditorias energéticas, servicio de hornos y calderos, optimación de sistemas de combustión en general.
La rapidez, exactñitud, limpieza y practicidad de estos aparatos hacen recomendable su disponibilidad para continuidades de mediciones que justifiquen su relativamente elevado costo.
Como alternativa ala empleo de instrumentos electrónicos, conociendo la composición del combustible empleado, puede construirse un Monograma del tipo mostrado en la Figura 50, permitiendo encontrar con rapidez y aceptable exactitud la eficiencia de la combustión.
40
9.4 Medidas de presión en gases
La succión o “tiro” en los gases de combustión tiene gran importancia en la regulación de las condiciones de combustión y en la operación del quemador.
La intensidad de tiro determina la velocidad de paso de los gases de combustión a través del sistema o equipo, e igualmente, fija la cantidad de aire aportando a la combustión.
Un tiro excesivo puede incrementar la temperatura de los gases y disminuir el % de CO2, es decir, disminuir el rendimiento de la combustión.
Un tiro insuficiente puede producir presurización del hogar o cámara de combustión, escape de gases al exterior (soplado) e imposibilidad de ajustar el quemador por defecto del aire.
Aunque existen otros sistemas manuales y estacionarios (toro pendular, fuelle, diafragma), los manómetros más sencillos y prácticos son los de tubo en U y tubo inclinado.
9.4.1 Manómetro de tubo en U
Este tipo de aparato consta de un tubo en forma de U relleno de un liquido coloreado para facilita las lecturas.
41
La presiono i la succión de los gases se aplica a uno de los extremos del tubo, estando el otro abierto al aire, lo que produce un desplazamiento del liquido. La diferencia vertical de nivel entre las dos ramas del tubo es una medida de la diferencia de presión existente con relación a la atmósfera.
Para pequeñas presiones o depresiones el líquido utilizado es agua, aceite o algún líquido colorado, para presiones mas grandes se utiliza mercurio.
9.4.2Manómetro de tubo inclinado
Cuando la diferencia de presiones es muy pequeña, del orden de algunos mm de columna de agua, se puede utilizar un manómetro de tubo inclinado, que es una modificación del tubo en U, en el cual una rama esta formada por un deposito de sección relativamente grande, y la otra consiste en un tubo de pequeño diámetro ligeramente inclinado sobre la horizontal.
En estas condiciones, una pequeña diferencia de presión origina una variación despreciable en el nivel de la superficie del depósito, pero un movimiento considerable a lo largo del tubo inclinado.
Estos manómetros se suelen llenar con agua o líquidos coloreados con baja densidad. Son sencillos y seguros y solo requieren conservarse limpios y el relleno periódico de pequeñas cantidades del liquido que se pierden durante las mediciones.
9.5 Medidas del caudal de gases
La medición del caudal de gases de combustible se basa en la determinación de medidas de presión.
Muchas técnicas de medida de caudal de gases no son aplicables a este caso, ya que, o bien introducen una perdida de carga elevada como en los de placa orificio, tobera, venturi y torbellino, o bien solamente están indicados para la medida de caudales de gas muy bajo.
42
Prácticamente los únicos métodos de medidas de caudales de gases de combustión son el tubo de pitot y el tubo Annubar.
9.5.1 Tubo de pitot
La presión total de una corriente de gas es la suma de la presión estática y dinámica, siendo esta ultima consecuencia de la velocidad del gas.
El tubo de pitot(Figura 51) es un tubo de forma de L. En la parte corta de la L, la pared del tubo exterior se une a la del interior, acabando en un orificio de diámetro igual al tubo interior.
En el extremo de la rama larga de la L existen dos tomas de presión, una correspondiente al tubo interior y otra al exterior, conectadas a un manómetro
La rama corta del tubo de pitot se introduce en el conducto de gases paralela a la corriente y enfrentada a ella. Mediante el orificio correspondiente al tubo interior conectado a una de las tomas del manómetro se mide a la presión total.
Por otra parte, en las paredes del tubo exterior existen una serie de orificios situados perpendicularmente a la corriente de gases conectados a la otra toma del manómetro, que medirá la presión estática.
Al llevar las dos tomas de pitot a un manómetro, este medirá la diferencia entre las presiones total y estática, es decir la presión dinámica, que es
43
Proporcional al cuadrado de la velocidad de los gases circulantes.
Por lo tanto, sabiendo la sección del conducto, el caudal de gases era:
Q = V x S.
Como normalmente la velocidad de los gases no es uniforme en toda la sección de conducto, es necesario efectuar mediciones en diversos puntos a lo largo del diámetro y efectuar un promedio de velocidades para poder determinar el caudal con una fiabilidad aceptable.
La precisión de este método es del orden del 1.5 al 4%, siendo tanto mejor cuanto mayor sea el valor de la presión diferencial medida.
9.5.2 Tubo Annubar
Es una innovación del tubo de pitot que representa ventajas en cuanto a la precisión y rapidez de la medida.
El tubo annubar(Figura 52) consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total esta situado a lo largo de un diámetro transversal del conducto y consta de varios orificios posicionados de forma que cubren cada uno la medida
44
de la presión total en un anillo de área transversal del conducto. Estos anillos tienen áreas iguales. En el interior de este tubo existe otro, que permite promediar las presiones de cada uno de los orificios.
El tubo que mide la presión estática se encuentra aguas debajo de la corriente de gases, paralelo al tubo de presión y con su orificio en el centro del conducto.
El Annubar tiene una precisión superior al tubo de Pitot, del orden del 1%, y provoca una perdida de carga muy pequeña.
45
46
