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Instrumentos de Medición para la Evaluación del Consumo de Energía Térmica

1 Introducción

El objetivo de un análisis térmico es lograr una utilización racional de la energía, reduciendo el consumo y mejorando la eficiencia energética de los procesos que involucran la combustión o el uso de energía residual. El uso eficiente y racional de la energía permite el mejor aprovechamiento de los recursos y permite hacer más competitivos los procesos productivos, incrementando la producción con la misma cantidad de energía.

En el sector industrial, gran parte de la energía primaria consumida se destina al calentamiento de fluidos como agua caliente, vapor o aceite térmico, en calderas cuyos rendimientos energéticos suelen ser bajos. Los principales parámetros que interesan en un estudio térmico son:

La medición de flujos másicos

La medición de variables energéticas.

Nuestra preocupación es determinar la eficiencia energética térmica con la cual está operando el equipo estudiado y la medición de los parámetros que nos permitirán determinar dicha eficiencia.

Una vez determinada la eficiencia del equipo se podrá decidir si es necesario actuar sobre el equipo, mejorando su rendimiento energético o si se está trabajando dentro del rango adecuado. Se debe tener siempre en cuenta que una alta eficiencia significa un bajo consumo de combustible y, por lo tanto, un reducido costo de operación y una menor emisión de gases.

2 El Balance de energía del equipo

El punto de partida para toda medición térmica es el balance energético del equipo a medir, sea éste una caldera, un horno, un motor u otro equipo. El balance de energía puede definirse así:

Energía que ingresa al sistema = Energía que sale del sistema.

La termodinámica nos enseña que para un proceso con flujo y estado estables se tiene:

Lo que se entiende por: "La suma de los calores que atraviesan el sistema es igual a la diferencia entre la suma de entalpías que salen del sistema y la suma de entalpías que ingresan al sistema".

Es decir, si se identifica las energías involucradas en la medición que se realizará, se podrá plantear correctamente la ecuación y se podrán identificar cuales son las variables relevantes que se deberán medir. Con la finalidad de presentar las variables involucradas en una maquina térmica, tomaremos como ejemplo una caldera de vapor, el equipo térmico por excelencia que encontramos en una planta industrial.

En la caldera que se muestra en la figura No.1, se tiene:

Para leer los valores de los parámetros que permitirán el análisis numérico en las expresiones anteriores, se debe instalar instrumentos de medición en número y tipo suficientes que realicen esta labor. En el caso de la caldera de la figura No.1, se necesita de los siguientes instrumentos, indicados en la tabla No.1.

Los parámetros que se miden con mayor frecuencia son Temperatura y Caudal.

La temperatura, unida a la presión del fluido (que es generalmente presión atmosférica), sea éste vapor, aire o agua, nos ayuda a conocer las propiedades termodinámicas de éste y con ello a conocer su estado.

El caudal se refiere al paso de la masa por unidad de tiempo. Por esta razón sería más correcto referirse al flujo de masa. Sin embargo, las lecturas suelen ser de flujo volumétrico, es decir, volumen por unidad de tiempo. La relación entre estos dos parámetros es sencilla:

Flujo másico = Flujo volumétrico por Densidad del fluido

Un aspecto importante a tomar en cuenta es el referido a la seguridad. La medición de parámetros térmicos implica trabajar muchas veces con altas temperaturas y con equipos con partes rotatorias. Por esta razón, mantener prácticas seguras durante el monitoreo es indispensable para no sufrir accidentes a veces muy lamentables: la puerta posterior de una caldera puede estar fácilmente a 300°C y tocarla casualmente originaría una quemadura grave. Asimismo, las paredes de las chimeneas, de los hornos, el vapor flash (revaporizado) de las purgas, pueden ser motivo de accidentes.

Tabla No.1 - Instrumentación necesaria para efectuar el balance energético de la caldera de la figura No.1

Variable

Parámetro

Instrumento

Calor evacuado al ambiente

Temperatura superficial,

Área del casco

Velocidad del viento

Temperatura ambiente

Termocupla de contacto

Termómetro infrarrojo

Anemómetro

Termómetro

Entalpía de los gases de combustión

Composición de gases

Caudal

Temperatura

Analizador de gases

Tubo Pitot "S"

Termocupla

Entalpía del vapor

Temperatura

Presión

Caudal

Termocupla

Manómetro diferencial

Placa orificio

Entalpía de las purgas

Temperatura

Caudal

Termocupla

Recipiente.

Entalpía del aire de combustión

Temperatura

Presión barométrica

Caudal

Termocupla

Barómetro

Medidor de caudal

Entalpía del combustible

Poder calorífico

Caudal

(Dato)

Medidor de caudal

Entalpía del agua

Temperatura

Caudal

Termocupla

Medidor de caudal


Lo conveniente es, no sólo desplazarse con cuidado dentro de la planta y reconocer las superficies potencialmente peligrosas, sino trabajar con elementos de seguridad como son casco, guantes, guardapolvo o mameluco, zapatos con punta de acero, lentes y, aunque algunos trabajos no lo requieren, en pareja o, al menos con una persona cerca, que podría avisarnos de algún riesgo cercano.

3 Medición de la temperatura

La definición de temperatura más extendida en termodinámica es "la medida de la energía cinética media de la moléculas de una sustancia". Es decir que, en virtud de sus velocidades moleculares, los cuerpos tienen cierta energía, que es representada por la temperatura. Los instrumentos de medición que miden la temperatura se denominan "termometros".

Tipos de termometros

Termómetros mecánicos

Termómetro de líquido en vidrio. Permite correlacionar las variaciones de volumen de un líquido con las variaciones de su temperatura. Consiste en un bulbo de vidrio que contiene el líquido, un tubo capilar y un bulbo pequeño en la parte superior.

El líquido se elige según el nivel de temperatura a medir; el más común es el Mercurio, con el cual se puede medir entre -35°C y 650°C; para temperaturas menores, puede usarse el alcohol metílico (punto de congelación —97°C) o el etílico (punto de congelación —114°C). Sin embargo, el alcohol sólo puede medir hasta 120°C.

Termómetro bimetálico. Está compuesto por dos láminas de metal fuertemente unidas y de coeficiente de dilatación diferente. Es muy usado en industria.

Termómetros eléctricos

Termocupla. Consta de dos alambres metálicos diferentes unidos por sus extremos. En estas condiciones aparece una f.e.m., que es función de los metales utilizados y de la diferencia de temperatura entre las soldaduras de los extremos de los alambres. Con alambres de longitud dada, es decir, de resistencia dada, la medición de corriente circulante es una indicación válida de la diferencia de temperaturas entre las soldaduras caliente y fría. La figura No.2 muestra la disposición básica de la termocupla.

Tal como muestra la figura No.2, no necesariamente los alambres deben estar unidos entre sí en una junta, pero deben tener la misma temperatura. En este caso, la junta fría es llamada junta de referencia. La junta caliente suele llamarse junta de medición. Los metales utilizados para las termocuplas son diversos y pueden clasificarse en bajos y nobles.

Los nobles son el platino y el rodio. En este caso, el platino puro conforma un alambre y una aleación de platino y rodio (90/10) conforma el otro alambre. Cubre lecturas hasta 1400°C.

Los metales bajos son las aleaciones cobre-constantán (hasta 200°C), hierro-constantán (hasta 750°C)y cromel-alumel (hasta 1200°C). El constantán es una aleación de cobre y níquel (60/40). El cromel es una aleación de cromo y níquel (20/80). El alumel es una aleación de aluminio y níquel (2/98).

Una diferencia fundamental entre los metales nobles y los metales bajos es la mucho mayor f.e.m. que producen estos últimos, a igualdad de temperaturas, como puede verse en la Tabla No.2.

Tabla No.2 - Tipos de Termocupla y Rangos de Operación (Junta de referencia a 0°C)

Tipo

Materiales

Rango de Temperatura vs. Diferencia de tensión

B

Platino-Rodio (94/6), Platino-Rodio (70/30)

0-2400°C vs. 0-9mV

E

Cromel, Constantan

0-1400°C vs. 0-55mV

J

Hierro, Constantan

0-1400°C vs. 0-45mV

K

Cromel. Alumel

0-2400°C vs. 0-55mV

R

Platino, Platino-Rodio (87/13)

0-2200°C vs. 0-20mV

S

Platino, Platino-Rodio(10/90)

0-2200°C vs. 0-15mV

T

Cobre, Constantan

0-700°C vs. 0-15mV


Termómetro de radiación

Infrarrojo. Consta de un sensor de luz infrarroja que recibe esta onda y la interpreta como calor emitido por la superficie a la cual se mide la temperatura.

El infrarrojo es una porción invisible del espectro de luz que se extiende entre 0.75 y 1000 m m. La medición de temperatura mediante el sensor infrarrojo se basa en que todo objeto que tenga una temperatura mayor a 0 grados absolutos (0 Kelvin ó -273.15°C) emite energía algo de radiación dentro de este rango.

La radiación térmica, según Maxwell, viaja como una vibración eléctrica y perturbación magnética a través del espacio en una dirección perpendicular a dicha perturbación. Es una onda que se mueve en línea recta con velocidad constante (igual a la velocidad de la luz si este movimiento es a través del vacío).

El espectro electromagnético cubre una gran cantidad de longitudes de onda, desde ondas muy cortas hasta muy largas. La única región del espectro electromagnético la cual es sensible a nuestro ojos es el rango "visible" identificado en el diagrama con los colores del arcoiris.

El sol no es el único objeto que provee energía radiante; algunos objetos cuya temperatura es mayor que el 0 Kelvin, como se vio antes, pueden emitir algo de energía radiante. Esta energía radiante está relacionada a la temperatura del objeto.

Si un objeto está colocado dentro de un recipiente cuyas paredes están a temperatura uniforme, se espera que el objeto alcance el equilibrio térmico con las paredes del recipiente y el objeto pueda emitir energía radiante semejante a las paredes del recipiente. Así un objeto absorbe e irradia la misma cantidad de energía. Ahora las superficies negras absorben toda la radiación incidente sobre ellos y estos pueden irradiarla de la misma manera si están en equilibrio térmico. La radiación en equilibrio térmico es llamada Radiación de cuerpo negro.

La primera relación entre la temperatura y la energía radiante fue deducida por J. Stefan en 1884 y teóricamente explicada por Boltzmann con la siguiente ecuación:

Energía Total = s T4

Donde:

Energía Total = energía por unidad de área por segundo emitido por un cuerpo negro

T = Temperatura absoluta.

s = Constante de Stefan-Boltzmann.

La manera como la energía total emitida por un cuerpo negro es desplegada en varias frecuencias y longitudes de onda fue explicada por Max Planck el cual lo resolvió planteando que la energía de las oscilaciones debe estar cuantizada, es decir la energía puede no tomar cualquier valor pero puede cambiar por pasos, siendo el tamaño de cada paso o quantum proporcional a la frecuencia de oscilación multiplicada por la constante de Planck. Con esta proposición, Planck derivó la distribución de la energía de los cuerpos negros y mostró que es definida por su temperatura. Así, si la temperatura de un cuerpo negro es especificada, la Ley de Planck puede usarse para calcular la energía emitida por el cuerpo como una función de la longitud de onda, y si la distribución de energía del cuerpo radiante es medida, entonces, ajustándole una curva de Planck puede determinarse su temperatura.

Los cuerpos más calientes emiten más energía a longitudes de onda más cortas. La Ley de Wien dice:

l (max) ~ 0.29/T

Donde:

l (max) = longitud de onda del máximo brillo en cm

T = temperatura absoluta de el cuerpo negro.

Como ejemplo, el cuerpo humano tiene una temperatura alrededor de los 310 K (36,7°C) e irradia primeramente en el infrarrojo. Si una fotografía de una humano es tomado con un cámara sensitiva a la región de las longitudes de onda se puede obtener una "imagen térmica".

La medición con el termómetro infrarrojo aprovecha esta radiación, que convierte en una lectura de temperatura.Los termómetros infrarrojos tienen ciertas características que los diferencian de otros tipos de medición de temperatura. Se puede medir objetos en movimiento, pues la medición no requiere de contacto entre la superficie medida y el instrumento de medición.

Asimismo, la distancia entre el objeto y el instrumento no afecta la medición. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el sensor infrarrojo mide la energía en una zona circular del objeto y el tamaño de esa zona es función de la distancia entre el sensor y el objeto, y mientras mayor es la distancia, mayor es la zona circular. Consecuentemente, la distancia estaría limitada únicamente por el tamaño del objeto a medir.

En este caso, y para tener la seguridad de estar leyendo la temperatura de la zona que se desea medir, algunos termómetros infrarrojos incluyen un haz laser de baja potencia para "afinar la puntería" y localizar el punto de interés.

El color no afecta la medición. Aunque una característica de la superficie llamada emisividad, si influye. La emisividad es función tanto del tipo de material como de la calidad de la superficie del objeto a medir. Sin embargo, la mayoría de equipos de medición por infrarrojo corrigen esta inconveniencia durante la lectura.

Tal como puede verse, es posible medir la temperatura de superficies sin tocarlas. Esto quiere decir que no se puede medir la temperatura del aire, puesto que la presencia de éste no debe afectar la medición en ningún caso.

Los termómetros infrarrojos pueden ser portátiles o fijos. Los rangos de temperatura para uso industrial van de —50 a 3000°C, según el modelo y la aplicación. Muchos de ellos incluyen equipo de registro de lecturas con salida de señal a una computadora.

La ventaja de la medición con termómetro infrarrojo es poder medir temperatura tanto en un punto definido como en una zona o a todo un equipo completo, teniendo en este caso una termografía o imagen termográfica del objeto.

En el caso de la medición de la temperatura en un punto, nos ayuda a conocer propiedades particulares de ese punto, por ejemplo la temperatura de ingreso de un fluido a un proceso. Es decir, ayuda a controlar procesos.

En el caso del termograma, ayuda a diagnosticar fallas en la operación de un equipo, por ejemplo la rotura del material refractario de la puerta posterior de una caldera. Es decir, ayuda al trabajo de mantenimiento del equipo. Es importante destacar que para obtener un resultado efectivo en el uso del termómetro infrarrojo no se necesita un experto. Lo que sí es importante es que el usuario está familiarizado con los procesos y principios de operación del equipo a inspeccionar.

4 Medición de caudal

El flujo de vapor, agua u otro fluido es importante porque da la cantidad de energía que está circulando en un ducto. Es decir, si se conoce el caudal se sabe con cuánta energía se cuenta para una aplicación dada (por ejemplo en un flujo de vapor) o cuánta energía se pierde en un proceso (por ejemplo en los gases de una chimenea). Es necesario conocer algunos términos antes de revisar la medición de caudal.

Flujo laminar y flujo turbulento. Son los regímenes principales del movimiento de un fluido. El primero se refiere a flujos lentos que se caracterizan por tener una distribución ordenada de velocidades en el ducto. El segundo se refiere a flujos con mayores velocidades y se caracteriza por el movimiento desordenado del fluido dentro del ducto.

Número de Reynolds. Es un número que no tiene dimensiones. Se calcula teniendo en cuenta tanto las propiedades del fluido como la geometría del ducto que lo transporta. Define el tipo de régimen de flujo que tiene un ducto. Es decir, hay un número de Reynolds a partir del cual el flujo deja de ser laminar para ser turbulento.

La ecuación de Bernouilli. Es la base para la medición de caudal con los medidores de obstrucción. Plantea la igualdad de energía en dos puntos: el ingreso y la garganta del medidor. La energía puede escribirse:

E = P/r +1/2 v2 + g.z

Donde:

E = Energía en un punto

P = presión en es punto

r = densidad del fluido

v = velocidad del fluido

g = aceleración de la gravedad

z = altura del punto respecto a una referencia.

Clasificación de medidores de caudal

Medidores de obstrucción. Son medidores que se instalan en el ducto donde se desea realizar la medición. Son cuatro: tubo venturi, tobera, placa orificio y rotámetro. Miden la caída de presión que se produce entre la entrada y la salida del medidor. A partir de esta lectura, puede calcularse el caudal.

Sensores de velocidad. Son medidores de presión diferencial. Son el de presión estática, el tubo Pitot, de presión total, y el tubo Pitot estático, que mide presión dinámica. Se insertan en el ducto a medir.

Por ondas. Utiliza ondas para realizar su medición. Miden a través de la pared del ducto. Son el de efecto Doppler y el medidor ultrasónico. El primero emite ondas que atraviesan la pared y rebotan en las partículas o las burbujas que transporta el fluido. Es decir, se requiere que el fluido tenga cierto grado de impureza, sin la cual la medición no puede realizarse. La velocidad de las partículas se calcula a partir del tiempo que demora en llegar el rebote de la onda emitida. El medidor ultrasónico emite ondas ultrasónicas que no requieren impurezas.

Medidores de obtrucción

En estos se utiliza la ecuación de Bernouilli vista antes. Al plantear la ecuación de energía entre dos puntos se obtiene, luego de simplificar:

dP/r +1/2 dv2 = 0

De donde se ha supuesto que los dos puntos están a la misma altura. En esta expresión se puede calcular la velocidad del segundo punto, conocidas las presiones y la velocidad en el primer punto.

Con la expresión del caudal:

V = v * A

Donde:

V = Caudal

v = velocidad

A = área de la sección transversal del punto de medición

Se obtiene el caudal en función de la caída de presión leída.

El siguiente paso es afinar el cálculo con el factor de corrección, característico de cada equipo. Este factor toma en cuenta las pérdidas a través del medidor. Se le denomina Coeficiente de descarga. Este factor es tanto mayor cuanto mayor es la caída de presión originada por el medidor.

El tubo Pitot

El flujo es proporcional a la velocidad media. Por tanto, una de las formas de medir el caudal es midiendo la velocidad. Esto se realiza mediante los sensores de presión.

El tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total del fluido y la atmosférica. Si el tubo Pitot se conecta con el ducto, mide la diferencia entre la presión total y la presión estática. Esta presión se denomina dinámica, y es la medida del cuadrado de la velocidad. Luego, aplicando la ecuación de Bernouilli, se calcula el caudal.

Estos medidores no tiene coeficiente de corrección pues no perturban el flujo.

5 Medición de gases de combustión

Propósitos del análisis

Beneficio económico.

Mantener una buena combustión produce un menor consumo de combustible y eleva la eficiencia tanto de la caldera como del proceso productivo. Una mala combustión origina desperdicio de combustible y mayor contaminación.

Beneficio ambiental.

Durante la combustión se generan gases que contaminan el ambiente: el anhídrido sulfuroso (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOX) tienen efectos nocivos sobre la salud del hombre, el desarrollo de las plantas en agricultura y las edificaciones; el dióxido de carbono (CO2) es un gas de efecto invernadero (favorece el calentamiento global de la atmósfera); el monóxido de carbono (CO) es un gas muy tóxico aún a bajas concentraciones.

Adecuación legal.

Existen normas dictadas por los ministerios públicos que limitan los niveles de emisión de gases (concentración y flujo másico) a la atmósfera. El incumplimiento acarrea sanciones.

Los resultados del análisis de gases de combustión nos indican si es necesario regular el quemador (actuar sobre la mezcla aire/combustible), reparar o cambiar alguna pieza de él (si con la regulación no se logra mejoras) o, en el peor de los casos, sustituirlo (fin de la vida útil del quemador).

Asimismo, son datos importante para el cálculo del balance energético de los equipos que utilizan combustión en sus procesos.

Gases presentes en los gases de combustion

Los gases presentes en la combustión y sus características se muestran en la tabla No.3.

Tabla No.3 - Gases presentes en la combustión

Gas

Característica

Oxígeno (O2)

Proviene del exceso de aire utilizado

Dióxido de Carbono (CO2)

Proviene del combustible y es el producto principal de la combustión.

Es un gas de efecto invernadero

Monóxido de Carbono (CO)

Es producto de la combustión incompleta.

Es un gas contaminante muy nocivo.

Dióxido de Azufre (SO2)

Proviene del combustible.

Su producción es inevitable y perniciosa.

Es un gas contaminante, responsable de la lluvia ácida y de afecciones bronco-pulmonares.

Óxidos de Nitrógeno (NO y NO2: NOX)

Proviene del aire de combustión. Se produce a altas temperaturas.

Son gases contaminantes, son responsables de afecciones bronco-pulmonares.


Equipos para análisis de gases

Los gases de combustión pueden ser medidos por distintos métodos. No todos los equipos permiten la medición de todos los gases presentes. Se distinguen el Aparato de Orsat y los analizadores automáticos con celdas electroquímicas:

Aparato de Orsat:

Se basa en la absorción de los gases de combustión por reactivos contenidos en botellas burbujeadoras. Determina los contenidos de CO2, O2 y CO en soluciones de hidróxido de potasio, ácido pirogálico en hidróxido de potasio y cloruro cuproso en amoniaco, respectiva y sucesivamente. Los resultados obtenidos son valores promedio de las concentraciones de los gases; la lectura es discreta; es decir, .por muestras.

Analizadores electroquímicos:

Se basan en reacciones electroquímicas en celdas denominadas "Sensores" que contienen sustancias (como el óxido de circonio —ZrO2— para el oxígeno) que son sensibles a los gases de combustión. Los más sencillos determinan los contenidos de O2 y CO; los más completos determinan también los contenidos de SO2, NO y NO2.

Todos leen las temperaturas ambiente y de gases, y calculan el contenido de CO2, el exceso de aire, las pérdidas en la chimenea y la eficiencia de combustión. Los resultados obtenidos son valores instantáneos de los contenidos de los gases; la lectura es continua.

El analizador de gases moderno

A continuación analizaremos las características y especificaciones de un analizador moderno de gases típico. El equipo es un analizador electrónico digital con celdas electroquímicas, con sensores para medir ciertos parámetros y un micropocesador para calcular otros.

Mide los siguientes parámetros:

Temperatura de gases

Temperatura ambiente

Concentración de Oxígeno (O2)

Concentración de Monóxido de Carbono (CO)

Concentración de Monóxido de Nitrógeno (NO)

Concentración de Óxidos de Nitrógeno (NO, NO2, NOx)

Concentración de Dióxido de Azufre (SO2)

Tiro en la chimenea

Calcula los siguientes parámetros:

Concentración de Dióxido de Carbono (CO2, a partir del tipo de combustible)

Concentración de Óxidos de Nitrógeno (NOX= NO + NO2)

Eficiencia de combustión (%)

Exceso de aire en la combustión (%)

Pérdidas de calor por la chimenea (%)

Temperatura neta (temperatura de gases menos temperatura ambiente)

Los contenidos de los gases medidos pueden ser expresados en porcentaje en peso (%w), en partes por millón (ppm) o en miligramos por metro cúbico normal (mg/Nm3, a 20°C y 1 bar).

La unidad internacional de concentración de emisiones gaseosas es mg/Nm3; sin embargo las Condiciones Normales de presión y temperatura deben ser especificadas, pues varían de un país a otro; es decir, de una reglamentación ambiental a otra.

El analizador moderno cuenta con una biblioteca de características de combustibles (diesel 2, residual 6, gas natural, carbón, coque, butano, propano y otros), tales como poder calorífico superior e inferior, con los cuales calcula las pérdidas de calor y el contenido de dióxido de carbono (CO2); esta lista puede ser ampliada, introduciendo las características de otros combustibles.

Los sensores de gases con los que cuenta un analizador de gases moderno son cinco y miden la concentración de O2, CO, NO, NO2 y SO2.

El analizador consta de 3 componentes:

Sonda

Este componente se introduce en la chimenea para tomar la muestra de gases que envía al analizador por medio de una manguera resistente a la temperatura. Contiene una termocupla para medición de la temperatura de los gases.

Analizador

Este componente contiene una bomba de vacío para aspirar los gases de combustión, un tren de filtros para eliminar el vapor de agua y las partículas acarreadas, las celdas electroquímicas o sensores, el microprocesador para el análisis de datos y una impresora para registrar los resultados de los parámetros medidos y calculados.

Panel manual

Este componente opera el analizador, calcula algunos parámetros a partir de los datos medidos y muestra en una pantalla los valores medidos y los calculados.

En el anexo No.2 de este capítulo, se presentan las especificaciones de un analizador comercial.

La ubicación del punto de muestreo se elige próxima al casco de la caldera (en general en el agujero del termómetro de chimenea) y donde se encuentre flujo turbulento.

6 Procedimiento para la medición de gases de combustión

Los pasos a seguir en una medición de gases son:

Fijar un nivel de carga en la caldera, con el propósito de mantener constantes las condiciones de funcionamiento; es decir, mantener la llama en fuego bajo, medio o alto.

Introducir la sonda en el agujero practicado a la chimenea.

Imprimir los valores al lograr la estabilización de las lecturas.

Cambiar el nivel de carga de la caldera y repetir el procedimiento.

7 Análisis de resultados de la medición de gases de combustión

Los valores de los parámetros leídos deben ser ajustados a los valores recomendados por los fabricantes de calderas y quemadores, y en ningún caso sobrepasar los valores límite exigidos por la reglamentación nacional o, a falta de éstos, aquellos recomendados por entidades internacionales o por la legislación de algún país en particular.

Los valores recomendados por fabricantes de calderas y quemadores se muestran en la tabla No.4.

El análisis de gases de combustión es útil en todo equipo que utilice un quemador en su funcionamiento, tales como las calderas, los hornos, los secadores, etc. Para cada equipo particular se debe determinar el punto adecuado para la toma de muestra; es decir, el lugar donde se introducirá la sonda para aspirar los gases.

Tabla No.4 - Valores recomendados de los parámetros leidos en la medición de gases

Parámetro

Valor recomendado

Oxígeno (O2)

2-3%

Dióxido de Carbono (CO2)

Diesel : 11,5-12,8%

Residual 6 : 13-13,8%

Gas Natural : 9-10%

Monóxido de Carbono (CO)

< 400 ppm (*)

Exceso de aire (EA)

Diesel : 15-20%

Residual 6 : 20-25%

Gas Natural : 10-15%

Carbón : 25-30%

Temperatura de gases

£ Temperatura del vapor + 65°C

Eficiencia de combustión

» 88%

(*) Límite práctico


Bibliografia

CIBO Council of Industrial burners Owners: CIBO Energy Efficiency Handbook. CIBO, 1997, Washintong.

Muller, Michael R.; Simek, Michael; Mak, Jennifer.: Modern Industrial Assesments: A training Manual Version 1,0b; The office of Industruial Productivity & Energy Assesment, Rutgers, The state University of New Jersey, 1995, U.S.A.

Takashi Moriyama: The enery Saving Technology in Boilers; Tokyo Gas Company, 1999, Japon.

Energy efficiency Office; Economic use of coal fired boiler plant. Energy Efficiency Office, 1994, Oxon.

ANEXO

ESPECIFICACIONES DEL ANALIZADOR DE GASES KANE MAY QUINTOX

Lectura del Sensor

Rango

Aproximación

Precisión

Temperatura de humos

0 - 600 °C

0.1 °C

±1.0 °C ±0.3% de la lectura

Oxígeno

(O2)

0 - 25 %

0.1%

-0.1%

+0.2%

Monóxido de Carbono

(CO)

0 - 4000 ppm

1 ppm

CO < 400 ppm : ±20 ppm

CO < 2000 ppm : ±5%

CO > 2000 ppm : ±10%

Óxido de Nitrógeno

(NO)

0 - 5000 ppm

1 ppm

NO < 100 ppm : ±5 ppm

NO > 100 ppm : ±5%

Dióxido de Nitrógeno

(NO2)

0 - 800 ppm

1 ppm

NO2 < 100 ppm : ±5 ppm

NO2 > 100 ppm : ±5%

Dióxido de Azufre

(SO2)

0 - 500 ppm

1 ppm

SO2 < 100 ppm : ±5 ppm

SO2 > 100 ppm : ±5%

Presión

0 - 150 mbar

0.01 mbar

±5% F.S.

 

Valores calculados

Rango

Aproximación

Precisión

Dióxido de Carbono

(CO2)

0 - 20%

0.1%

±0.3%

Eficiencia

0 - 100%

0.1%

±1%


Condiciones ambientales para funcionamiento confiable del equipo:

Parámetro

Rango

Temperatura

0 - 40 °C

Humedad Relativa

15 - 90%

Figura No.1 - Flujos en una caldera de vapor

Figura No.2 - Muestra la disposición básica de la termocupla.

Figura No.3 - Espectro electromagnético.

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