LA IMPORTANCIA DE OPTIMIZAR LA COMBUSTIÓN.

  • Altos rendimientos de combustión
  • Rápida Amortización del Control de O2
  • Reducción de los tiempos de mantenimiento del equipo

El control continuo de contenido de oxígeno en la salida de humos (chimenea) de una caldera implica ahorros de combustible efectivos porque permite que el quemador funciones con un exceso de aire mínimo en todo su campo de trabajo.

De esta manera, el consumo de energía se reduce sin perjudicar las prestaciones y al mismo tiempo, se mejora la eficiencia de todo el sistema de combustión y disminuye las emisiones y los costos generales de funcionamiento.

En las aplicaciones industriales, donde el costo de la energía es fundamental, el ahorro energético permite reducir considerablemente el costo de producto final.

Pero ¿cuáles son los factores que influyen negativamente en la combustión?

El exceso de aire carburante cambia según la temperatura, la presión, la contrapresión del hogar y el tiro de la chimenea.

Por su parte, el combustible puede presentar variaciones de poder calorífico, temperatura, presión, viscosidad, densidad, o también variaciones del caudal debidas , por ejemplo a la presencia de suciedad de los filtros. incluso  desde el punto de vista mecánico la histéresis (juegos) crean inevitablemente variaciones en la regulación de la combustión.

¿Cómo se compensan los factores que influyen en la combustión?

Aumentando el exceso de aire, lo que se traduce en una disminución el rendimiento de la combustión.

Un buen técnico se conforma con un 10 - 15% de exceso en el caudal del aire de seguridad para compensar los factores mencionados, que están presentes en cualquier instalación, pero una practica común consiste en suministrar excesos de aire superiores, precisamente para evitar problemas de combustión durante el invierno.

La masa de aire caliente que sale por la chimenea no aporta ninguna contribución calórica y es la principal causa de pérdida de eficiencia.

Utilizando la formula de Siegert, podemos calcular la eficiencia de la combustión.


 


  • Qs = Perdida de calor de la chimenea.
  • Tf = Temperatura de los humos.
  • Ta = Temperatura el aire carburante.
  • ƞ = Rendimiento de la combustión.
  • O2 = Oxígeno medido.
  • A2, B = Valores típicos del combustible.  
Combustible A2 B
Gas Natural 0.66 0.009
Gasóleo 0.68 0.007
Fuel Pesado 0.61 0.010

A partir de esta fórmula podemos ver que a cada reducción del 1% de O2 le corresponde un aumento de eficiencia de aproximadamente. 0.6% en el caso del gas, 0.7% en el caso del gasóleo y 0.75% en el caso del aceite combustible, considerando que a cada reducción de oxigeno le corresponde un cambio de temperatura de los humos.


UNA SOLUCIÓN EFICAZ: EL CONTROL DEL OXÍGENO

El control del oxígeno sirve para mantener constante la mezcla de combustible y aire comburente, incluso en condiciones ambientales desfavorables. El exceso de aire se mantiene en los valores óptimos. El quemador funciona en todo su campo de trabajo siguiendo la curva del oxígeno establecida por el técnico durante el encendido del quemador (véase grafica de abajo). De todos modos, es posible excluir la regulación de O2 y el quemador seguirá funcionando en una curva básica con un exceso de aire de seguridad (establecido durante el encendido del quemador).

Los valores de oxígeno son indicativos y corresponden a una caldera de 3 pasos.

Los valores de oxígeno óptimos pueden cambiar según el tipo de caldera.

 

El valor del oxígeno medido por la sonda se compara continuamente con el valor de referencia establecido en la curva.

Una eventual diferencia entre ambos valores (medido/referencia) genera una señal de corrección que se trasmite al servomotor del aire comburente o a un inverter que regula el caudal de aire modificando la velocidad del ventilador.

La corrección del oxígeno se realiza de modo continuo y automático y garantiza un alto rendimiento de combustión y un bajo nivel de contaminación.

Con la medición constante del contenido de O2 en los humos y la consiguiente corrección del aire comburente, se compensan todos los factores que influyen en la composición de la mezcla combustible-aire y se obtienen altos rendimientos de combustión.

Las sondas que se utilizan para la medición de oxígeno son de bióxido de zirconio, fiables, precisas, estables y de respuesta casi instantánea.

No necesitan mantenimiento ni calibración con gases de muestra, ni siquiera en gases de sustitución.

Constituye uno de los sistemas más confiables para medir el oxigeno en los humos. El control del oxigeno se puede aplicar a cualquier combustible. 


CALCULEMOS EL AHORRO

Para calcular el ahorro de energía derivado del uso del control de O2 es necesario conocer:

El tipo de caldera, la potencia del hogar, el tipo de combustible, el costo del combustible, el valor actual de O2 en los humos, las horas de funcionamiento y la distribución aproximada de las cargas.

Supongamos que se tiene un caldera de vapor de 3 pasos de 3MW quemador modulante de gas natural utilizado con una relación de modulación de 1/3. El quemador funciona 5,000 horas al año y el gasto anual de combustible es de aproximadamente $ 4'905,000.00 pesos.

El quemador utiliza O" en una proporción del 6.5% a la carga mínima, 6% a la carga media y 5% a la carga máxima.

para calcular la distribución de las cargas, supongamos que, durante el 33% del tiempo de funcionamiento, el quemador trabaja a la carga mínima, durante el 33% a la carga media y durante el 34% a la carga máxima. Supongamos también que los valores de oxígeno que se pueden garantizar con el control de O2 Instalado son: 3% a la carga mínima, 2.5% a la carga media y 2% a la cara máxima.

Resumamos todo en una tabla.

Potencia del Hogar 3MW
Tipo de caldera 3 pasos
Combustible Gas
Valor actual de O2  
Carga mínima 6.5%
Carga media 6%
Carga máxima 5%
Hora de funcionamiento  
5,000 h/año  
Calcula de la distribución de las cargas:  
Carga mínima 33%
Carga media 33%
Carga máxima 34%
Valor de O2 con regulación de O2  
Carga mínima 3%
Carga media 2.5%
Carga máxima 2%

Considerando que, con combustible gas, a cada reducción del 1% de O2 le corresponde una mejora de la eficiencia de aproximadamente el 0.6%, es sencillo calcular el ahorro anual.

A la carga mínima se obtiene una mejora de la eficiencia del (6.5 - 3) x 0.6 x 0.33 = 0.693%

A la carga media se obtiene una mejora de la eficiencia del (6 - 2.5) x 0.6 x 0.33 = 0.693%

A la carga máxima se obtiene una mejora de la eficiencia del (5 - 2) x 0.6 x 0.34 = 0.612%

El ahorro promedio es de 2% anual (0.693 + 0.693 + 0.612), en este caso $ 98,100.00 pesos / año. (ejemplo de cálculo)

En la realidad, el cálculo del ahorro de energía con el control de O2 es un poco más complejo, porque hay que tener en cuenta la variación del poder calorífico del combustible y la variación de la temperatura entre verano y el invierno, por lo que concierne tanto al combustible como al aire comburente. Pero el cálculo es suficientemente preciso y ofrece una indicación de referencia fiable.

La experiencia práctica demuestra que con el control de O2 se puede obtener una mejora de hasta el 3%.

Pero volvamos a nuestros $ 98,100.00 pesos / año. La consideración que hay que hacer es: ¿que el promedio de vida que tiene quemador?

Es de al menos de 10 a 15 años.

Quiere decir que, en el caso especifico el ahorro durante la vida útil del quemador puede estar entre $ 981,000.00 pesos y 1'471,500.00 pesos.

Sin duda la cifra será mayor puesto que el precio del combustible difícilmente se mantendrá en su valor actual durante 10 - 15 años.

La rápida amortización del sistema de control de O2 es evidente.