Quemadores 2014
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QUEMADORESIntegrantes:
Matas Armentano
Nicols Oriolani
Federico Prez
Carlos Caffarena
Profesores:
Ing. Dreifuss
Ing. Rojas
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Tipos de combustibles
SLIDOS: madera, turba, lignito, carbn
LQUIDOS: querosenes, fuel oil , gas oil
GASEOSOS: GLP, gas natural, butano, gas de coque.
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Propiedades de combustibles
Composicin Poder calorfico (inferior y superior) Viscosidad Densidad Limite de inflamabilidad Temperatura de ignicin Temperatura de combustin Contenido de azufre
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CONCEPTOS BASICOS-Punto de inflamacin o temperatura de ignicin
-Poder calorifico superior (PCS)
-Poder calorifico inferior (PCI)
- Temperatura adiabtica de llama
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Combustin La combustin es una reaccin qumica en la
que un elemento (combustible) se combina con otro (comburente, generalmente oxgeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un xido; la combustin es una reaccin exotrmica que produce:
1. Calor al quemar2. Luz al arder.
Es la combinacin rpida de un material con el oxigeno, acompaada de un gran desprendimiento de energa trmica y energa luminosa.
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Reacciones principales en la combustin
C + O2 CO2 +
H2 + O2 H2O +
S + O2 SO2 +
Deflagracin Detonacin
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Reaccines de combustion(ideal) Combustibles slidos
C
H
S + X ( O2 + 3.76 N2)
O
Cenizas
a H2O + b CO2 + c N2 + d O2 + e SO2 + cenizas
Los combustibles slidos, al igual que los lquidos,son normalmente analizados sobre una base msica
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Reaccines de Combustion (ideal) Combustibles gaseoso
Compuestos
formados
por:
C
H + X ( O2 + 3.76 N2)
O
a H2O + b CO2 + c N2 + d O2
Los combustibles gaseosos son normalmente analizados sobre una base volumtrica
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Reaccines de Combustion (ideal) Hidrocarburos
GAS (CnHm) + X ( O2 + 3.76 N2)
a H2O + b CO2 + c N2 + d O2
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TIPOS DE COMBUSTION
Combustin completa
Combustin incompleta
Combustin terica
Combustin con exceso de aire
Combustin con defecto de aire
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Exceso de aire
A diferencia de la combustin terica, para que la combustin sea completa es necesario un exceso de aire.
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FACTOR DE UTILIZACINDEL CALOR
El calor de la combustin es tanto mayor
cuanto mas fros salen los gases quemados.
Poder
calorficoQ disponible
Q productos
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Fu %
100 %
10 5 3 2 1,5 = 1
Tp
Factor de utilizacin de un gas en funcin de la temperatura de
productos y del coeficiente de exceso .
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LLAMA
Regin Regin Regin Regin en la que tiene lugar la en la que tiene lugar la en la que tiene lugar la en la que tiene lugar la reaccin de combustinreaccin de combustinreaccin de combustinreaccin de combustin entre entre entre entre combustible y comburente.combustible y comburente.combustible y comburente.combustible y comburente.
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Regiones de la llama
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LLAMA IDEAL
No existe una llama ideal.
Existe una llama ms adecuada para cada tipo de aplicacin.
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TIPOS DE LLAMAS
Llama de premezcla
Llama de difusin
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TIPOS DE LLAMASLlama de premezcla
AIREGAS
VENTURI
COMBUSTION
PREMEZCLA
AIREGAS
VENTURI
COMBUSTION
PREMEZCLA
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LONGITUD DE LLAMA
L = ALTURA DEL CONOr = RADI0 DEL CONOu = VELOCIDAD MEDIA DE LA MEZCLAuL= VELOCIDAD DE LA LLAMA
Si la Velocidad de la mezcla es menor a la velocidad de la llama, se produce un retroceso
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TIPOS DE LLAMASLlama de difusin
GAS
INYECTOR
COMBUSTION
AIRE GAS
INYECTOR
COMBUSTION
AIRE
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Tipos de llamas de difusion
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Quemadores
Son dispositivos cuya funcin es dirigir el combustible y el comburente a la cmara de combustin para realizar la misma de manera controlada y regulable.
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Clasificacin
Segn su operacin
Segn la presin
Segn el modelo (potencia)
Segn el combustible
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Segn su operacin
Una sola etapa: ON-OFF
Dos etapas: Alto y Bajo con servomotor
Modulante: Llama variable en funcin de la demanda
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Segn la presin
Atmosfricos
Gas y aire a baja presion
Gas a presin y aire a baja presion
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Segn el combustibleCLASIFICACION
COMB. GASEOSO COMB. LIQUIDO COMB. SLIDO
De premezcla
Mezcla en boca de salida
Especiales
Para altas temperaturas
De gasificacin
De pulverizacin por airea baja presin
De carbn pulverizado
De pulverizacin por aireo vapor a presin
De pulverizacin mecnica
De copa rotativa(pulverizacin centrifuga)
De pulverizacin mixta(mixta y de fluido de arrastre)
QUEMADORES
Especiales
Cmaras de combustin Tipo cicln
Lechos fluidizados
Parrillas
CLASIFICACION
COMB. GASEOSO COMB. LIQUIDO COMB. SLIDO
De premezcla
Mezcla en boca de salida
Especiales
Para altas temperaturas
De gasificacin
De pulverizacin por airea baja presin
De carbn pulverizado
De pulverizacin por aireo vapor a presin
De pulverizacin mecnica
De copa rotativa(pulverizacin centrifuga)
De pulverizacin mixta(mixta y de fluido de arrastre)
QUEMADORES
Especiales
Cmaras de combustin Tipo cicln
Lechos fluidizados
Parrillas
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APLICACIONES
Calderas
Generadores de vapor
Secadores de cereales
Hornos
Cermicas y porcelanas
Cubas de tratamientos qumicos
Industria textil, etc.
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QUEMADORES DE GAS
De premezcla.
De mezcla en boca de salida con aire a baja presin.
De mezcla en boca de salida con aire a presin.
Especiales.
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QUEMADORES DE PREMEZCLA
Quemadores de premezcla a presin.
Quemadores atmosfricos.
Quemadores oxi-gas.
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Quemadores de PREMEZCLA A PRESION
Fenmenos a tener en cuenta
Calado o Retorno de llama.
Desprendimiento de llama.
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Quemadores de PREMEZCLA A PRESION
Para gas y aire a baja presin
Aplicaciones: donde se necesite llama corta, dura y de alto poder calorfico.
Crisoles, fundicin de metales, vidrio
hornos de temple, forjado o cementacin; etc.
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Quemadores de mezcla en boca de salida con aire a
presin El aire a presin induce al gas hacia el quemador.
Mezcla proporcionada en distintos regmenes de funcionamiento.
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Quemadores ATMOSFERICOS
El Gas induce al aire atmosfrico en el
tubo de mezcla, en cuyo extremo se
forma la llama.
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Quemadores ATMOSFERICOS Aplicaciones: bateas y calentamientos de lquidos, freidoras, intercambiadores de calor, crisoles de fundicin de metales de bajo punto de fusin, calderas, cocinas, anafes industriales, hogares, estufas de secado ,etc.
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Quemadores de mezcla en boca de salida con aire a baja presin
Se designan como tales cuando el aire tiene una presin de el orden de 0,1 mbar y velocidades del orden de los 10 a 15 m/s, siendo el combustible el que aporta la energa de mezcla.
En ellos se forma llamas de difusin axiales
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Flujos convergentes
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Gas central y chorros concntricos
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Gas central y chorros concntricos
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Gas central y chorros concntricos
Quemadores desarrollados exclusivamente para sistemas de calentamiento de aire.
Son del tipo de mezcla en tobera, lineales y compactos.
Se usan primordialmente en sistemas de calentamiento de aire, secadoras de cereales y hornos de secado en general.
Su amplio rango de operabilidad les da gran flexibilidad, adaptndose a mltiples aplicaciones.
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Gas central y chorros concntricos
De acuerdo al proceso donde se aplicar, puede disponer de diferentes opciones de superficie de llama (standard o ampliada).
Esto se logra agregando mdulos que aumentan la seccin de generacin de llama, con lo cual sta se acorta y se distribuye en forma ms homognea.
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Quemadores de vena de aireSe emplean para calentar grandes caudales de aire para utilizacin en procesos de secado.Los gases resultantes de la combustin se mezclan con el aire que se desea calentar y as se obtiene un rendimiento del 100%.Estos quemadores solo pueden funcionar en el interior de una corriente de aire de cierta velocidad.
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Quemadores de vena de aire
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Quemadores de vena de aire
Aplicaciones:
Cabinas de pintura para curado de esta.
Secaderos agrcolas verticales de cereales, trigo, arroz, etc.
Procesos de secado industriales donde se requiera un calentamiento de aire.
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Rotacin de flujo mediante aletas
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Gas central y salida de aire en coronas concntricas
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TIPOS DE QUEMADORES EN BOCA DE SALIDA CON AIRE A PRESION
Llamas axiales.
Derrama concurrente.
Derrame giratorio del gas.
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QUEMADORES OXI-GAS
Se obtienen temperaturas elevadas o flujos puntuales de elevado calor (son los denominados industrialmente sopletes).
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QUEMADORES OXI-GAS
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Quemadores Especiales
Quemadores radiantes
Quemadores jet
Quemadores para alta temperatura
Quemadores compactos JBM
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Quemadores radiantesUna parte importante de la transferencia de calor se realiza por
radiacin por medio de una superficie de refractario
Quemadores lineales radiantes con emisin reducida de NOx
Estn diseados para proporcionar energa radiante de alta intensidad de manera uniforme, con el objetivo de eliminar la humedad en hornos textiles y de papel, secar pintura y aplicar revestimientos en polvo, adems de llevar a cabo diversas operaciones de precalentamiento, moldeado de plstico. Con sus baldosas de espuma metlica o cermica, los quemadores de gas natural emiten niveles bajos de NOx y CO y pueden utilizarse para muchas aplicaciones industriales de combustin de gas.
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Quemadores jetLanzan a gran velocidad (>100 m/s) los productos de una combustin completa o casi. El chorro se lanza sobre el producto a calentar o sobre la atmsfera provocando su recirculacin. Constan de un dispositivo de mezcla, una cmara de combustin y un orificio o tobera de salida.
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Quemadores Quemadores Quemadores Quemadores Borghi Borghi Borghi Borghi ----JetJetJetJetGeneralidades de Uso
Son aptos para su aplicacin en calderas que deban trabajar con hogar presurizado, generadores de calor o de aire caliente, hornos rotativos para fabricacin de pan, tubos radiantes, tubos de inmersin para calentamiento de equipos, etc.
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Quemadores para alta temperatura
Se extiende por encima de los 3000 Khasta la regin de las temperaturas de lasreacciones nucleares ~108 K.
La temperatura puede elevarse:- por enriquecimiento de O2.- precalentando el aire.- mediante el uso de electricidad para producir iotizacin o generar plasma.
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Quemadores para alta temperatura
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Quemadores compactos JBM
TODO TIPO DE COMBUSTIBLES LQUIDOS Y GASEOSOS
BAJAS EMISIONES CONTAMINANTES
BAJO NIVEL SONORO
REGULACIN ELECTRNICA DE LA COMBUSTIN
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Quemadores para combustibles liquidos
La primera tarea que debe cumplir un quemador para lquidos es la de poner el combustible en fase gaseosa para que se mezcle ntimamente con el aire.
La atomizacion es el proceso de rotura de la fase liquida continua del combustible, que lo transforma en gotas discretas.
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Atomizacion
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Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos
Por rotacion (a presin)
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Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos
Por presion
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Clasificacion de pulverizadores para combustibles liquidos
Por inyeccion de fluido auxiliar
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Clasificacion de los quemadores para combustibles liquidos
Quemadores de gasificacion o vaporizacion
Quemadores de pulverizacin
Quemadores de emulsion
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Quemador de gasificacin
El elemento principal de todos lo quemadores por vaporizacin es una cazoleta o cubeta formada por:
Taza o crisol
Difusor de aire
Se distinguen entre quemadores de
vaporizacin con:
Tiro natural
Ventilador
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Quemador de gasificacin
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Quemador de gasificacion
Campo de aplicacin:
Combustibles con una viscosidad inferior a 1,5 E a 10C
Slo alcanza hasta potencias de 35 kW
Bajo rendimiento
Elevada opacidad
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Quemadores de emulsion
Se emplean para reducir los efectos contaminantes de los combustibles pesados
Consisten en producir una emulsin del combustible lquido con el agua, al comenzar la combustin unagota de emulsin, se produce la rpida evaporacin de la fraccin de agua contenida en ella, provocandoel fraccionamiento de la gota en infinidad de partculas.
El inters de este tipo de quemador es: Trabaja con exceso de aire reducido. Reduce las emisiones de xidos de nitrgeno Reduccin del SO3 en SO2 Reduce los inquemados slidos El principal inconveniente es el consumo suplementario de calor
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Quemadores de emulsin
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Quemadores de pulverizacin por fluido auxiliar
La energa que se precisa para atomizar el combustible la aporta el fluido auxiliar:
Aire ( Viscosidad del combustible 3- 5 E)
Baja presin (0,1 a 0,5 atm)
Alta presin (0,5 a 7 atm)
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Quemadores de pulverizacin por fluido auxiliar baja presin de mezcla
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Quemador por pulverizacin mecnica centrifuga o de copa
El combustible se impulsa a travs de un eje hueco a una pieza troncocnica, llamada copa. Que gira a
gran velocidad 3.000rpm a 4.000 rpm, normalmente, al alcanzar el extremo de la copa, tiende a disgregarse en diminutas partculas.
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Quemador por pulverizacin mecnica centrifuga o de copa
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Quemador de pulverizacin mixta
Combinacin ambos sistemas
Presiones de combustibles 1 a 20 bar
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Forma de la llama
Llama mas larga y estrecha al aumentar la presin.
La llama se acorta si aumenta la aireacin primaria.
Un buen mezclado y la turbulencia, acorta y concentra la llama.
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Quemadores de combustibles mixtos
Los quemadores mixtos son aquellos que pueden quemar de forma simultnea o alternativa dos combustibles, slido/lquido, slido/gas y lquido/gas.
Normalmente este tipo de quemadores se emplea en industrias o instalaciones de climatizacin de gran potencia.
La finalidad de usar dos combustibles pueden ser tcnicas o/y econmica:a) Utilizar un combustible para quemar otro combustible que presente algn problema para su combustinb) Alternar el consumo en funcin del precio de mercado
Los quemadores mixtos deben permitir: Regular la forma y la longitud de la llama Regular la potencia de combustin Limitar la utilizacin de aire primario Efectuar reparaciones en un circuito de alimentacin funcionando
con otro combustible
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Quemadores para combustibles slidos
El carbn contiene materias voltiles pero su mayor parte desu materia combustible es slida y tiene que llegar oxgenopara que tenga lugar la reaccin de combustin. Aumentando contacto slido-aire para que se produzca lareaccin.
Los sistemas utilizados para realizar el contacto aire-carbn: Quemadores de carbn pulverizado Cmaras de combustin tipo cicln Parrillas Cmaras de combustin de lecho fluido
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Quemadores de carbn pulverizado
Particulas de 0,1 mm.Del 20 al 40 % del aire de combustin proviene transporte neumticamente.Temperatura en la entrada entre 55 C a 70 C.
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Cmaras de combustin tipo cicln
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Parrillas
Segn la forma de alimentacin del combustible
pueden ser:
Parrillas fijas con alimentacin desde arriba.
Parrillas mvil,con transporte horizontal del combustible hacia la cmara de combustin.
Parrillas fija con alimentacin desde abajo.
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ALIMENTACIN SUPERIOR:El carbn en bruto se proyecta por medio de aire o vapor o paletas rotativas ensuspensin o proyeccin por encima del lecho de combustin, potencias hasta1.220.000 kcal / m2h.
Parrillas
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Cargador diseminador con parrilla de cinta
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ALIMENTACIN SUPERIOR (PARRILLA)
Parrilla fija Parrilla de vuelco
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Parrilla vibratoria inclinada Parrilla mecnica
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Parrilla con movimiento recproco Tolva ( 1 ), Garganta (2). Varios empujadores (3), Cilindros hidrulicos (6), Las parrillas tienen partes fijas y partes mviles (4) Cadas (7) El aire comburente (9) Crear turbulencias (8).
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ALIMENTACIN INFERIOR
Alimentacin inferior con quemador tipo taza
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Cargador por la parte inferior, con retorta sencilla, alimentacin horizontal y descarga lateral de cenizas.
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LECHO FLUIDIFICADO Este tipo de combustin presenta la ventaja del control de las emisiones de NOx y SO2 a la atmsfera Se introduce con el combustible un material inerte como arena, slice y almina, as como absorbente como caliza en un lecho agitado. El lecho se mantiene en suspensin por medio de la accin del aire primario de combustin que se introduce por debajo.
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Seleccin de un quemador
Temperatura a alcanzar. Lo que implicara principalmente tasas de aireacin, reciclado, precalentamiento, oxigenacin.
Combustible. Seleccin del carcter oxidante o reductor de la atmsfera del horno, concentraciones de NOx.
Flexibilidad de funcionamiento, es la relacin de potencia mxima y mnima nominal a regulacin nominal.
Flexibilidad de regulacin. Relacin de las tasas de aireacin extremas entre las que el quemador funciona correctamente.
Ruido
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Seleccin de un quemador
Criterios especficos: Receptividad trmica del producto, que depende de: -Conductibilidad trmica -Coeficiente de absorcin de la radiacin-Superficie especifica -Oxidabilidad
Receptividad trmica del horno: -Aislamiento trmico -Inercia trmica-Paredes trmicas: crisoles, mufla, semimuflas, tubos radiantes. -Vestbulos de precalentamiento de cargas-Recuperadores de precalentamiento de aire.
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Seleccin de un quemadorForma de encontrar la informacin en los catlogos comerciales, indicando
los rangos de utilizacin para distintos quemadores.
Presin en la cmara de combustin (mbar) vs. consumo de combustible ( Kg/h)
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Material de consultaLibros
Ingeniera Termodinmica
Autores: J.B. Jones y R.E. Digan
Combustin y Quemadores (662.6 M357)
Autor: Manuel Marquez Martinez
Tratado general de Gas (23807)
Autor: Llobera
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Material de consultaArchivos digitales
Trabajo sobre combustin de la FIUBA
Autores Dr. Ing. Brizuela Dra. Ing. Romano
www.elprisma.com Ing. Quimica N49
El de la Universidad de Valladolid
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Material de consultaFabric. de Quemadores en Internet / Catlogos
Pagina de EQA
Pagina de AUTOQUEM
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FIN
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Gracias por su atencion!