Energia hidrotermica

Unidad 1

La energía y su transformación:

la energía es absolutamente necesaria para la vida y está estrechamente vinculada al desarrolla tecnológico. Resulta difícil imaginar cualquier actividad industrial moderna usando únicamente fuentes de energía primarias.

Conceptos preliminares:

-relación entre ciencia, tecnología y técnica
–
tecnología de tipo científico y tecnológico: se denomina tecnología al conjunto de vocablos o palabras propias de una determinada profesión, ciencia o mataría. La tecnología científica y tecnológica se caracteriza por la exactitud de sus vocablos o términos, cada término tiene un significado concreto y preciso que no da lugar a errores de interpretación.
– sistema de unidades: el sistema de unidades más utilizado en la actualidad es el sistema internacional (SI). Pero existen otros 2 sistemas, que, aunque se utilizan menos, todavía siguen empleándose: el sistema cegesimal (CGS), que se utiliza especialmente en física y el sistema técnico (ST) especifico de la tecnología.

Concepto se energía y sus unidades

: la energía se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Está presente en los seres vivos desde su propia alimentación hasta la realización de un trabajo. Toda la energía procede directa o indirectamente del sol, con excepción de una pequeña parte que lo hace del interior de la tierra y que se manifiesta a través de volcanes, terremotos, geiseres, etc. A lo largo de los años el ser humano ha aprendido a utilizar una gran variedad de formas de energía presentes en su entorno, lo que ha concurrido a un crecimiento y prosperidad superiores a las de otros seres vivos.

Unidad de energía:

– caloría: es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado de temperatura
– KWH: se lee kilovatio hora e indica el trabajo o energía desarrollada (cedida) o consumida por un ser vivo o maquina, que tiene una potencia de 1 KW y está funcionando durante una hora.

Formas de manifestación de la energía:

(cinética, potencial, conducción, convección, radiación y combustión química).
– energía mecánica: la suma de las energías cinéticas y potenciales es siempre igual a la energía mecánica (En=Acepa)
-energía calórica o térmica: la energía calórica o térmica se puede transmitir de 3 formas:
1)

Conducción:

la energía que contiene u cuerpo manifestada por el movimiento de sus moléculas se denomina calor esto quiere decir que cuanta mas energía tiene un cuerpo más calor hay en su interior, conviene diferenciarlo de la temperatura que indica el grado o intensidad de calor independientemente de su cantidad.
2)

Convección:

todos los fluidos al calentarse pierden densidad por lo cual es una mezcla de partículas calientes y partículas frías de un mismo fluido, las primeras se situaran sobre las frías lo que dará un lugar a un trasiego de partículas debido al calor.
3)

Radiación:

la temperatura se mide normalmente en grados celsius pero según el sistema internacional se expresa en grados kelvin y se denomina temperatura absoluta. La relación entre una y otra es: T (k) = 273 + T (grado centígrado)

Energía química:

La Energía química es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.

Energía nuclear:

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos. Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

Acumulación de energía térmica en los cuerpos:

se denomina calor especifico a la cantidad de calor que es necesaria añadir a 1kg de ese cuerpo para elevar 1 grado su temperatura su fórmula es Q=Ce.M(TI – TI). De la formula se deduce que los cuerpos acumulan energía calórica, la cantidad de calor acumulada dependerá del tipo de material de su peso o masa así como de la temperatura a la que se encuentre.

Transformación de la energía:

cuando decimos que se consume energía lo que queremos decir es realidad es que un tipo de energía se esta transformando en otro
– consumo energético: en la transformación de energía siempre se cumple el primer precio de termodinámica que dice:
la energía no se crea ni se destruye sino que se transforma.
– rendimiento: desgraciadamente en la totalidad de las conversiones energéticas el cambio no se hace al cien por ciento, no hay ninguna maquina que sea capaz de transformar íntegramente una energía en otra sin desperdiciar una cantidad de la misma. Se llama rendimiento de una máquina a la relación entre el trabajo o energía suministrada por una maquina y la energía que ha sido necesaria aportarle.
energía no renovable: la energía no renovable tienen una importancia enorme en todos los países desarrollados y en vías de desarrolla, generalmente son bastantes contaminantes pero la implantación de nuevas tecnologías está contribuyendo a aprovechar mejor esta energía y producir menor impacto ambiental

Fuentes de energía:

– primarias: son todas aquellas formas de energía naturales que actualmente utiliza el hombre, se pueden clasificar en renovables ( las que nos proporciona la naturaleza) y no renovables ( son las que están disponibles para el ser humano sin peligro de que se agoten ).
–

Secundarias:

son aquellas resultantes de la transformación de las energías primarias en otro tipo de energía, ej. Gasolina, kerosene, y los derivados del petróleo.

Combustibles fósiles

: son los carbones, el petróleo y el gas natural, todos ellos proceden de restos vegetales y otros organismos vivos que hace millones de años fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fenómenos naturales y se fueron transformando por la acción de microorganismos bajo unas condiciones de temperatura y presión adecuada. 

• Carbón

  
  : es un combustible sólido de color negro compuesto fundamentalmente por carbono y otros elementos químicos como hidrogeno, nitrógeno, oxigeno, etc. 
  Tipos de carbón: mineral (masas de vegetales), artificial (creados por el hombre).
•  

  Carbón de coque:

  
  se obtiene del carbón de hulla después de sufrir un proceso que se denomina coquizado y consiste en introducir hulla en cámaras cerradas. 

 

Obtención de productos industriales:

 
– gas ciudad
– vapores amoniacales
– grafito casi puro
– brea o alquitrán
– producción de electricidad en centrales térmicas clásicas 

Carbón y medioambiente:

A) impacto medioambiental: estos gases si no son absorbidos por procesos naturales, originan un cambio de las proporciones en el aire y traen consecuencias para nuestro medio ambienta, cabe destacar los siguientes efectos:
-efecto invernadero
-lluvia acida
– perdida de parte del manto fértil del suelo
-contaminación de ríos

B) tratamiento de residuos:

• Petróleo:

  
  el petróleo es un combustible natural formada por una mezcla de hidrocarburos y en menor proporción por otro elementos como azufre, oxigeno y nitrógeno. El origen del petróleo es análoga a la del carbón, grandes cantidades de material vegetal y animal fueron sepultadas por sedimentos posteriormente de manera gradual y en determinadas condiciones de presión y temperatura se origino el petróleo gracias a 2 tipos de descompresión: 

• Pozos petrolíferos:

  
  la localización y extracción del petróleo o crudo no es una tarea sencilla, se necesita personal muy calificado y equipos muy costosos. Por ello es necesario antes de proceder a la perforación hacer un estudio de las características del suelo.

• Combustibles no procedentes del petróleo:

  
  1) Gas ciudad o manufacturado
  2) Gas pobre o gas del alumbrado
  3) Acetileno 

Petróleo y medioambiente:

– impacto medioambiental: por tratarse de un combustible fósil de formación análoga al carbón sus repercusiones son muy parecidas. Para paliar parte de los problemas de lluvia acida y efecto invernadero últimamente se han tomado las siguientes medidas:

• utilización de gasolina sin plomo
• utilización de gasóleos libres de azufre
•  sustitución de instalaciones de gasóleo y fuelóleo por otras que utilicen gas natural 
  

 

Tratamiento de residuos:

los productos petrolíferos tienen muy pocos residuos solo cuando se está refinando el petróleo se producen residuos gaseosos los cuales dada su dificultad para licuarlos son quemados en las propias refinerías, en esta combustión emiten monóxido y dióxido de carbono a la atmosfera. 

Energía nuclear:

– tipos de reacciones nucleares: 
1) Fusión: consiste en la unión de 2 núcleos de un átomo. 

Componentes de una central nuclear:

• reactor nuclear: tubos de acero, barras de control, moderador
•  turbina
•  Condensador
•  edificio de almacenamiento y manipulación 
•  circuito de refrigeración / generador de vapor 

Energía nuclear y medio ambiente:

-impacto medioambiental: escapes de agua radioactiva del circuito primario, explosiones del reactor, motivadas por exceso de temperatura al fundirse las paredes que lo cubren. 
– tratamiento de residuos: los residuos de las centrales nucleares son aquellos materiales que contienen o están contaminados con radioactividad se clasifican en: 
1) De baja actividad
2) De media actividad
3) De alta actividad 
energía renovable: la importancia de la energía renovable en los países de la unión europea es cada día mayor especialmente la energía eólica y la. Energía solar que por otro lado son muy abundantes en nuestro país. 

Energía hidráulica

: es la que tiene el agua cuando a través de un cauce o cuando se encuentra embasada a cierta altura 

Embalse

: representa la totalidad del agua acumulada existen 2 tipos: 
1) Presa de gravedad
2) Presa de bóveda

Conductos de agua:

existen 2 tipos: 
1) Compuertas
2) Tuberías de conducción: transportan el agua existen 2 tipos : 
1) Toma de agua
2) Chimenea de equilibrio 

Sala de maquina:

se encuentran 2 elementos muy importantes: 
1) Tuberías
2) Alternador

Tipos de centrales:

1) Mini centrales: su potencia es menor a 10mw
2) Grandes centrales: superior a 10mw existen 2 tipos de centrales: 
1) Centrales de bombeo puro
2) Centrales de bombeo mixta

Energía hidráulica y medioambiente:

es una de los más limpios que existen ya que no se emiten humos ni residuos a la atmosfera 
energía solar: es la que proviene del sol
– apreciamiento de la energía solar: tiene 2 campos de aplicación fundamental:
1) Convención en energía eléctrica 
2) Transformación en energía térmica o calórica 

Convención en energía calórica:

aprovechamiento pasivo: 
– invernaderos
Desalinización de agua marina

Campos de heliostato

: reflejan la luz solar hacia una torre centrando los rayos solares sobre calderas
 

Colectores xilindricos-parabolicos:

concentran los rayos en una turbina que contiene líquidos

Horno solar:

concentra el calor en una sola zona 

Placas fotovoltaicas:

están construidas en forma de cilindros como material base 

Energía eólica:

proviene del viento, el viento se origina por consecuencia de: 
1) Cantidad de sol que incide sobre el aire
2) Rotación de la tierra 
3) Condiciones atmosféricas de un lugar concreto 

Clasificación de las maquinas eólicas:

1) Aeroturbinas de eje horizontal: de potencia baja o media ( hasta 50 kw), de potencia alta ( más de 50 kw) 
2) Aeroturbinas de eje vertical: las más usadas son: 
– aeroturbinas darrieus
– aeroturbinas savonius

Biomasa:

es el conjunto de materias orgánicas renovables de precedencia vegetal, animal o resultado de una transformación natural o artificial. La transformación se realiza a través de 3 procedimientos: 
1) Por extracción directa
2) Procesos termoquímicos
3) Procesos bioquímicos

Energía geotérmica:

es la energía calorífica que procede del interior de la tierra 
– tipos de yacimientos: 
1) Hidrotermicos
2) Geopresurizados
3) De roca caliente

Energía mareomotriz:

proviene de las mareas se la obtiene mediante turbinas 
residuos sólidos urbanos (RSU): son aquellos desperdicios y restos de naturaleza inerte, generados por la actividad domestica en los núcleos de población o zonas de influencia de ellos se obtiene energía 
Las formas más usuales de obtenerlos son: 
1) Incineración
2) Fermentación de residuos orgánicos
* energía de las olas: 

Energías alternativas y medioambiente: –

solar
– eólica
– biomasa
– geotérmica
– mareomotriz
– rsu
– Olas

Unidad 2

Circuitos eléctricos de corriente continua

Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos empleados para la transmisión y control de la energía eléctrica desde el generador hasta el receptor (lugar donde se consume)

Existen 2 tipos de corriente eléctrica continua (cc) y alterna (ca) en esta unidad estudiaremos únicamente la corriente continua q es la proporcionada por dinamo ;baterías  y pilas.

Concepto de energía eléctrica

La metería está formada por elementos químicos denominados átomos cada átomo consta de varios tipos de partículas:

El núcleo está formado por protones (con carga eléctrica positiva) y neutrones (partículas sin carga eléctrica.

Los electrones son partículas con carga negativa q giran alrededor del núcleo ocupando diferentes órbitas o niveles energéticos.

En la actualidad se conocen diferentes métodos para producir electricidad o lo q es lo

Mismo para extraer electrones de un cuerpo y almacenarlos en otro los más importantes son:

Generador de corriente continua o dinamo:
Si se mueve rápidamente un cable en un campo magnético próximo a un imán permanente se establece una corriente de electrones a través del cable.

Mediante frotación: al frotar una barra de ámbar contra un trozo de lana uno de ellos robara los electrones del otro quedando los dos cargados eléctricamente.

Pilas de hidrogeno o pilas de combustible: se hace reaccionar químicamente hidrogeno líquido y oxigeno.

Placas fotovoltaicas:
Cuando inciden fotones (energía electromagnética) sobre ciertos semiconductores se origina corriente eléctrica.

Características de un circuito de corriente continúa

Circuitos cerrados. La corriente circula a lo largo del circuito atravesando el receptor y regresando al generador.

Circuitos abiertos: no hay circulación de corriente por tanto no hay transmisión ni conversión de energías .el receptor no funciona.

Magnitudes eléctricas

En  electricidad hay 3 magnitudes fundamentales: intensidad, resistencia y voltaje.

Intensidad de corriente:
Es la cantidad de electrones q circulan por un punto cualquiera del circuito en la unidad de tiempo es decir en un segundo.

Resistencia eléctrica: es la oposición q ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

Voltaje:

se denomina voltaje tensión o diferencia de potencial  a la energía necesaria para transportar a la mitad de carga desde un punto a otro de un circuito eléctrico.

Ley de ohm: es una fórmula que relaciona las 3 magnitudes eléctricas fundamentales estudiadas anteriormente.

Elementos de un circuito

Energía(sol agua ,vapor de agua etc.) – conversor(hélices ,alternador)-acumulador de energía(pilas ,baterías etc.) –elementos de protección(fusibles, llaves  térmicas etc.) –elementos de control(interruptores ,conmutadores ,pulsadores etc.)-receptores (bombillas, motores, electroimanes, timbres, etc)

Tipos de generadores

Generadores de corriente continua: se caracterizan porque la intensidad de corriente que generan siempre va en el mismo sentido los más importantes son dinamos, placas fotovoltaicas.

Generadores de corriente alterna: se caracterizanporqueloselectrones se muevenalolargodelconductorenunsentido

 Al instante hacia el otro lado. Eso se debe a la polaridad del generador está cambiando constantemente de signo pasando de su valor positivo a uno negativo.

Los acumuladores de corriente son dispositivos eléctricos que valen para almacenar energía eléctrica

Elementos de control y maniobras:
Permiten la apertura y cierre de un circuito eléctrico a voluntad del usuario los mas empleados son interruptores conmutadores y pulsadores.

Elementos de protección de circuitos: son elementos q permiten proteger a las personas q están en las proximidades de instalaciones eléctricas.

Receptores: son aquellos elementos colocados en el circuito para que transformen la energía eléctrica en otro tipo de energía (calorífica, mecanica, quimica, etc)

Transformadores eléctricos (corriente alterna)

Los transformadores eléctricos son maquinas estáticas que se emplean para transformar la energía eléctrica primaria en energía eléctrica secundaria, elevando o reduciendo la tensión o la intensidad de corriente alterna.

Los transformadores constan de 3 partes fundamentales:

Chapas de hierro: lugar por donde circula el flujo magnético.

Bobinado primario: formado por espiras o vueltas q se conecta a la red

Bobinado secundario:

formado por espiras en el que se genera

Unidad 3

Circuito neumático

Se denomina neumático a la técnica que tiene como objetivo el estudio y aplicación del aire comprimido para producir, efectos mecánicos deseados

El aire comprimido que se emplea industrialmente procede del entorno donde se trabaja. Se usa comprimiéndolo hasta una presión de entre 6 y 12 bares, respeto de la presión atmosférica

Magnitudes y unidades

Dos son las magnitudes empleadas en neumáticas: presión y caudal

Presión: es la fuerza ejercida perpendicularmente por el aire por unidad de superficie. Se expresa como p:f/s

Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de conductor en la unidad de tiempo, se expresa como c:v/t

Elementos de un circuito neumático:

conversor, compresor; acumulador, deposito; elementos de protección, secador mas filtro; elementos de control, válvulas; receptor, cilindros.

El empleo de la neumática en la industria ha supuesto la automatización de la mayoría de los procesos industriales. El aire comprimido se puede utilizar de dos maneras distintas.

• Como elemento de mando y control, permitiendo que se abran o cierren determinadas válvulas
• Como energía motriz. Al entrar el aire comprimido en el interior de un cilindro puede desplazarse su embolo y vástago hacia adelante y hacia atrás, hacer girar un motor neumático o mover unas pinzas neumáticas.

Producción y tratamiento del aire comprimido

El aire que se utiliza del entorno se encuentra instalado el compresor. Generalmente contendrá polvo, óxidos de azufre y otras sustancias, además de agua. Hay que tratar de eliminar todo ello para que no afecte al normal funcionamiento de los distintos elementos de que consta la instalación neumática.

Esta parte del cilindro está formada por los siguientes bloques: compresor, refrigerador, acumulador, filtro, regulador de presión y lubricador.

Compresor: los compresores son maquinas destinadas a elevar la presión del aire que aspiran de la atmosfera.

Los compresores alternativos de pistones son los más empleados. Para que puedan funcionar, es necesario que sean movidos por una energía externa, generalmente electricidad o algún tipo hidrocarburo como gasolina.

Existen dos tipos de compresores:

• Compresores de pistón monofásico: disponen de una válvula de admisión y otra de escape. Al descender el embolo, la válvula de admisión se abre debido a la presión y se cierra la de escape. Debido a la compresión su presión aumenta hasta los 180°.
• Compresor de pistón bifásico: el aire entra en dos fases, la primera se comprime entre 3 y 8 bares y la segunda puede llegar hasta 25 bares. Al ser la presión a laque comprime el aire aun mayor que en el caso anterior, el calor del aire comprimido es superior.

Para evitar que se deteriore el compresor, es necesario refrigerarlo, razón por la que se emplean refrigeradores.

• Refrigeradores: tienen como objetivo enfriar el aire, que se ha calentado en la fase anterior y dejarlo a unos 25°c. durante este proceso condensa un 75% de agua que contiene, la cual deposita en la parte inferior.
• Acumulador: es un depósito  que se coloca a continuación del refrigerador y tiene como objetivo almacenar aire comprimido para suministrarlo en el momento en que se necesite. Estos depósitos ponen en marcha o detienen el compresor para que el depósito se mantenga a una presión determinada.
• Filtro: tiene como objetivo detener las impurezas que arrastran el aire comprimido, ya sea polvo, polen, restos de pequeñas oxidaciones.
• Regulador de presión: su función es mantener e aire de salida a una presión constante, independientemente de las variaciones de presión que se produzcan a la entrada.
• Lubricador: tiene como objetivo mezclar el aire con aceite para aumentar la vida y rendimiento de los elementos neumáticos, ya que él se disminuye el rozamiento y se evita la oxidación.

Redes de distribución:

en instalaciones fijas es recomendable que las tuberías vayan fijadas a la pared, nunca empotradas, con objeto de poder detectar posibles fugas.

El material empleado puede ser acero, latón, polietileno.

Regulación y control:

el aire comprimido que se utiliza para mover los cilindros o motores neumáticos está controlado por diferentes tipos de válvulas o distribuidores. Estas válvulas se clasifican en: válvulas de dirección, válvulas antirretornos y válvulas de regulación de la presión o caudal.

Accionamiento o efecto finales:

• Motores: interiormente llevan una pequeña rueda con palas. Al incidir el aire a presión sobre ellas, hacen girar su eje.
• Cilindros: existen dos tipos, cilindros de simple efecto, doble efecto

Simple efecto: en ellos el trabajo se realiza solamente en un sentido, cuando la presión del aire desplaza al pistón o embolo

Doble efecto: realizan trabajo en los dos sentidos, ya que penetra por ambos lados del cilindro lo desplaza en sentido contrario. Para ello es necesario que el aire que está en la cámara opuesta, por la que entra el aire este comunicado con el exterior.

Montaje y experimentación con circuitos neumáticos:

hay tres tipos de circuitos: manuales, semiautomáticos y automáticos.

Circuito oleohidraulico:

los circuitos hidráulicos tienen la ventaja de transmitir altísimas presiones, por lo que la potencia transmitida es muchísimo mayor que en el caso de la neumática. El fluido empleado es un aceite especia que lubrica y trasmite potencia.

La diferencia más significativa con respeto a la neumática es que el fluido no se comprime como el aire, por lo que los pistones hidráulicos se pueden detener el cualquier punto del recorrido y permanecer ahí pese lo que pese la carga que transporta. Así mismo, el control de caudal y por tanto el de velocidad de los cilindros, es mucha más sencillo y eficaz.

En este podemos encontrar: conversor-bomba, acumulador de energía, elementos de protección-filtro, elemento de control-distribuidores., receptores-cilindros.

Fuerza hidráulica:

la ley por la que se rige las transmisiones hidráulicas en el principio de pascal, que dice que la presión en cualquier punto de un liquido, cerrado es igual en todos sus puntos.

Caudal:

hay muchos sistemas hidráulicos en los que se emplea una bomba movida por un motor, en vez de hacerlo manualmente.

El caudal que es capaz de proporcionar una bomba hidráulica se suele medir en los litros por minuto.

Potencia hidráulica:

es igual a la fuerza por la velocidad.

Resistencia hidráulica:

es aquella que oponen las tuberías y elementos hidráulicos al paso del aceite

Elementos de un circuito hidráulico:

los elementos más importantes son, bomba, válvulas y cilindros.

Bomba: la bomba trabaja succionando el aceite a las cañerías

Válvulas:

• De descarga: protege las instalaciones de excesos de presión
• De seguridad: es análoga a la válvula de descarga.
• Caída de presión: sirva para mantener constante la diferencia de presión entre dos puntos de un circuito.
• De derivación: determina la presión  y abre un segundo paso para el fluido
• ¾ de inversión con centro cerrado: permite bloquear el cilindro.
• 4/3 de inversión con centro abierto: igual que la anterior y además con circulación de fluido por la parte inferior.

Cilindros: físicamente son muchos más robustos, ya que tienen que resistir muchísima más presión.

Circuito hidráulico básico:

Hidráulico puros: son muy utilizados en maquinas  herramientas, para la fabricación de piezas, así como en frenos de automóviles. Tanto el accionamiento como la transmisión de potencia se realizan con fluido hidráulico.

Circuito  hidráulico híbridos: en estos circuitos, la neumática se emplea para el control de los distribuidores y la hidráulica para la trasmisión de potencias, accionando directamente los cilindros.

Las aplicaciones de estos circuitos son muy variadas, es necesario un elemento denominado convertidor de presión. Este tipo de dispositivo cumple dos funciones, almacenar el aceite necesario para alimentar el cilindro durante su ciclo completo y  trasformar las ordenes neumáticas en acciones hidráulicas. Consiste básicamente en un cilindro hueco con aceite en la parte interior y aire comprimido en la superior.

Unidad 4

Las calderas

La energía de un combustible se transforma en calor para el calentamiento de un fluido.

La generación de vapor para el uso en la industria, para la obtención de energía eléctrica, mecánica, transferencia de calor o para calefacción, es una energía muy utilizada en plantas industriales.

Para generar vapor o agua caliente, es necesario contar con una caldera, esta misma esta conformada por:

QUEMADOR

Homogneizar la mezcla aire combustible, para realizar la combustión.

HOGAR

Donde se lleva a cabo la combustión y la formación de gases calientes y humos.

HUMOS

Productos de la combustión, necesarios para la transferencia de calor al fluido caloportador.

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Se encuentran los tubos que contienen el líquido caloportador, receptor de la energía calórica de los humos.

FLUIDO CALOPORTADOR

Por lo general es agua para la generación de vapor, pero se puede utilizar  otros fluidos para usos en calefacción. Es el elemento que sale de la caldera, entrega energía, se enfría y puede retornar.

CHIMENEA

Encargado de conducir los humos hacia el exterior del lugar.

Combustión. Poder calorífico

La combustión es un fenómeno químico, ciertos elementos constitutivos se combinan con el oxigeno, quedando liberadas importantes cantidades de calor.

Los elementos que interesan son: el carbono, el hidrógeno y en mucha menor proporción, el azufre. Este último no interesa mucho, es el causante de corrosiones sobre las partes metálicas de las calderas. El oxigeno es otro elemento que integra la composición de los combustibles.

Para la combustión se requieren grandes cantidades de oxigeno, que normalmente es suministrado por el aire a fin de llegar a resultados exactos.

Se puede establecer que el poder calorífico en base a composición química y realizar cálculos pero se prefiere el primer método. Con la bomba calorimétrica, se mide todo el calor desprendido en la combustión, inclusive el calor de la vaporización.

El poder calorífico así determinado, es llamado poder calorífico superior. En cambio cuando se desprecia el calor de la vaporización del agua, recibe el nombre de poder calorífico inferior.

Exceso de aire

En la práctica siempre se trabaja con exceso de aire. El aire necesario y por buena que fuera la mezcla, siempre quedaria combustible sin quemar y algo de oxigeno libre. Para asegurar la combustión se añade siempre un exceso de aire.

Eficiencia de la combustión

Los equipos usados para quemar los combustibles, tiene por mision poner en contacto el aire de la combustión con el combustible. De ello deriva la eficiencia que se logra quemando el combustible por completo con el minimo excesote aire. Tambien puede ocurrir en la combustión que el carbono, que es el mas difícil de quemar, no logre quemarse por completo, al quemarse a media no forma anhidrido carbonico, sino oxido de carbono.

Con un mayor exceso de aire el oxido de carbono desaparecerá.

Otra deficiencia de la combustión es la producción de humo o carbono sin quemar. Los equipos de combustión eficiente son los capaces de quemar el combustible con el mínimo exceso de aire sin producir humo.

Combustible

Los combustibles en la industria, líquidos, sólidos y gaseosos, presentan características propias. Para quemarlos es necesaria la adopción de medidas adecuadas a cada uno de ellos.

El petróleo, carbón, gas natural, ósea los combustibles nobles producen de 15 a 18 kg de gases cada 10.000 calorías liberadas.

Los combustibles pobres: leña, bagazo, cascarillas, producen de 22 a 25 kg de gases cada 10.000 calorías.

Las calderas deberán ser diseñadas cuidadosamente cuando se trata de instalaciones para utilizar dos combustibles distintos ejemplo: bagazo y petróleo.

Petróleo

Es un producto mineral y de compleja y variada constitución, que difiere de acuerdo a la zona de extracción.

Los petróleos crudos se destilan obteniéndose de ellos una gama variada de combustibles y productos industriales.

Los combustibles derivados del petróleo se clasifican en: destilados y residuales.

Los destilados son obtenidos por destilación de los crudos que se producen de distintos tipos y características ejemplo: el diesel – oil.  El fuel- oil es el residuo que queda de los alambiques de destilación.

Los combustibles derivados del petróleo tienen características importantes de conocer ellos son:

Punto de inflación

La temperatura en el cual el combustible desprende vapores al mezclarse con el aire que forma una mezcla inflamable se denomina Punto de inflamación. Este punto da una referencia de la peligrosidad del combustible.

Contenido de azufre

Es un elemento cuya presencia los combustible es perjudicial, encontrándose en los petróleos y en los carbones.

Contenido de cenizas

El petróleo siempre lleva impurezas formadas por sales minerales, que quedan bajo la forma de cenizas. Son especialmente nocivos el sodio y el vanadio. Ellos atacan el níquel y sus aleaciones.

Calor específico

Es de interés para los cálculos de calentamiento del combustible.

Humedad:

puede estar mezclada con el combustible y es llamada impureza.

Comercio: el fuel- oil se vende por toneladas según las características fijas.

Carbón:

Es un combustible de origen mineral. Son muy amplias sus variedades de constitución, propiedades, etc.

En Argentina solo se dispone de carbon de yacimiento de Rio Turbio. Para quemar eficazmente los carbones, conviene conocer: el poder calorífico, la composición química, la clasificación por tipos, la densidad, la dureza, el contenido de azufre y de humedad, el porcentaje de cenizas y sus temperaturas de fusión, las propiedades de coquificacion, los problemas vinculados al almacenaje y los usos comerciales.

Poder Calorífico

El poder calorífico de un carbón se determina con el calorímetro. Es constante para un mismo origen.

Composición química

La composición se expresa en dos formas: la primera es el análisis sumario, solamente nos indica los elementos combustibles y los no combustible, se determinan: humedad – materia volátiles – carbones fijos – cenizas.

La segunda firma de análisis es la composición detallada, dada en el análisis elemental, llegando a encontrarse dentro de los límites.

Clasificación: Tipos

Antracita

Es un carbón con bajo contenido de volátiles y baja humedad, arde con llam corta, azul y casi si humo, no se ablanda ni aglomera al quemarse y tiene un alto poder calorífico. Se usa mas como combustible domestico.

Semiantracita

Algo mas blando y con un contenido de carbono fijo. Se quema mas fácilmente que la antracita con llama mas larga y algo amarilla. Produce algo de humo.

Semibituminoso

Es un carbón con alto contenido de carbono fijo. Arde bien y con poco humo. Tiene contenido de humedad bajo y es el carbón de mayor poder calorífico.

Bituminoso

Es un carbón con alto contenido de volátiles, quema con llama larga y amarilla produciendo mucho humo. Se usa extensamente en la industria, en la fabricación de gas y como combustible para gasógenos.

Sub-bituminoso

Es un carbón de alto contenido de volátiles que arde con llama larga y con  mucho humo. Tiene una humedad mas elevada y sufre mucho por la exposición a la intemperie. Posee un poder calorífico algo mas bajo.

Lignito:

es un carbón de calidad inferior, friable, de alta humedad con un alto contenido de volátiles, arde con mucho humo y suele en general tener un alto contenido de cenizas.

Dureza

Varía siguiendo generalmente la escala de clasificación. La máxima es para la antracita y la minima es para el lignito.

Existen métodos que periten determinar cierto modo la dureza.

Azufre

El contenido de azufre varia mucho y cabe recordar al hablar del fuel-oil sobre el inconveniente que causa el azufre causada en su presencia por los gases de combustión.

Humedad

Se distingue entre la humedad inherente propia del carbon y la humedad superficial.

La humedad no causa mayores inconvenientes, salvo cuando se procede a la pulverización, los porcentajes de humedad superficial de arriba del 10% disminuyes la producción de los molinos.

Cenizas

Dos aspectos importantes de la ceniza en la combustión del carbón. El porcentaje del peso de cenizas y las temperaturas de deformación, fusión y licuación.

Coquificacion

El coque es el carbono fijo. Es un combustible de especial aplicación en la metalurgia, o bien como materia prima industrial. No todos los carbones son coquificables.

Almacenaje

El carbón es almacenado normalmente en pilas al exterior, pero en general sufre por la intemperie, perdiendo calidad, baja el contenido de volátiles y algunos tipos se desintegran.

Comercio

Se vende por toneladas y sobre la base de un análisis tipo. Variaciones de constitución, poder calorífico, cenizas o humedad son los efectos de reajustes del precio.

Coque de Petróleo

El coque de petróleo es el residuo carbonoso, se dispone en cantidades de significación y varía algo según la procedencia. Tiene un buen poder calorífico y un bajo contenido de ceniza.

Gas natural. Otros combustibles  gaseosos

Hace algunos años se dispone del gas natural para el uso industrial. El gas es combustible por su sencillez de manejo, facilidad de adaptación a procesos automáticos, posibilidad de alcanzar alta eficiencia térmica, limpieza, etc.

Actualmente se dispone para el uso, de los siguientes gases combustibles:

Gas Natural.

Gas de Destilería.

Propano.

Butano.

El denominado gas manufacturado era producido por la destilación del carbón, ha desaparecido en la actualidad, siendo reemplazado por el gas natural, que cubre el mayor porcentaje del consume.

El gas de destilería se produce en cantidades limitadas, reducido a las cercanías de sus fuentes de origen.

El propano y el butano cubre por ahora el campo del consumo domestico.

Los combustibles gaseosos son de alto poder calorífico.

Poder Calorífico

El poder calorífico se determina con calorímetro, igual que los otros combustibles. A los grandes consumidores les conviene realizar el control periódico del poder calorífico, ya que las tarifas se ajustan sobre el contenido calórico del gas.

Composición  Química

Varía según las zonas de producción. Esta constituido principalmente por metano y pequeños porcentajes de otros hidrocarburos.

El gas de refinería esta formado por: Propano, butano, pentano,  metano, etano, algo de vapor de agua e inertes.

Densidad

El gas natural y el gas de refinería son mas livianos que el aire, en cambio, el propano y el butano son más pesados.

Velocidad de ignición

En los gases mezclados con el aire, la llama se propaga a velocidades variables según las proporciones de la mezcla.

Las velocidades de ignición varían mucho con los distintos gases, por ello, cada uno debe ser considerado adecuadamente.

Condiciones explosivas

Una chispa, un fosforo, etc, pueden causar en un ambiente en la cual haya mezcla de gas y el aire en determinada proporciones, una violenta explosión.

Abajo del limite inferior, no se produce explosión y pasando el limite superior, se produce una ignición violenta, pero sin explosión.

Por ello es necesario realizar unas instalaciones con el equipo adecuado a fin de prevenir este peligro.

Formas de suministro del gas

El gas que se suministra por redes es principalmente el gas natural, en ciertas localidades se suministra propano vaporizado.

Leña Rezagos vegetales: bagazo, cascarillas, aserrín, etc

La leña fue un combustible  de mucho uso. Hoy el consumo de leña, se ha visto disminuido a las cercanías de las zonas de producción.

Los rezagos vegetales: aserrín, bagazo, cascarillas, etc, son consumidos también en sus zonas de producción. Salvo el bagazo que  es el combustible usado en la industria azucarera.

Para quemar adecuadamente los combustibles celulósicos, es necesario conocer sus características:

Poder calorífico

El poder calorífico delos combustibles celulósicos, es prácticamente constante sobre base seca, exentos de humedad.

La humedad que es sumamente variable, modifica considerablemente los poderes caloríficos reales de los combustibles.

Composición  química

Puede apreciarse el análisis sumario y el análisis elemental.

El análisis sumario pudiendo aceptarse, sobre base seca, la siguiente composición porcentual:

Carbón fijo                           23,4 %

Materias Volátiles                75,8 %

Cenizas                                 0,8  %

El análisis elemental puede considerarse como promedio, la siguiente composición:

Carbón                       50,20 %

Hidrogeno                  7,00  %

Oxigeno                     42,00 %

Ceniza                        0,80  %

Peso especifico. Densidad aparente

El peso de las maderas varía. Las duras: quebracho, urunday, etc. son mas pesadas que el agua, las blandas son muchos mas livianas y con contenido de humedad elevado: sauce, álamo, pino Paraná, etc.

Clasificación

Las leñas se denominan duras o fuertes, blandas o flojas. Un trozo de quebracho de un peso especifico de 1,15 y con un contenido de humedad del 14 % se reduce a 2,10 kg de carbón.

Aparte de la clasificación, el tenor de la humedad es el factor que define su calidad.

Las leñas fuertes pueden ser de tipo Verde o Campana, son obtenidas de arboles vivos oreados luego al aire.

Contenido de humedad

La humedad de los celulósicos varía ampliamente. La leña dura verde, oreada 6 meses, puede tener 30-40% de humedad. La leña dura campana, puede tener de 8 a 15%. Las leñas  blandas con 2 a4 meses de oreo, pueden llegar al 40-50 %.

Cenizas

El contenido de cenizas en los combustibles celulósicos es bajo: varía de 0,75 a 1,75 %.

Son importantes las temperaturas de ablandamientos.

Comercio

La leña se vende por tonelada. Se acostumbra a trozarla para la industria, ala medida “ferrocarril-2, medida adoptadas con el fin de facilitar el manipuleo y carga de los hornos.