Autores: Dra. Dª Mª
del Cristo Adrián de Ganzo, Dr. D. Alexis Dionis Melián
Para
la elección del tipo de enriquecimiento y método de combustión, es necesario
tutelarse por dos puntos significativos:
- La menor inversión económica posible, para que
la propuesta de modificación de cara al armador sea viable.
- No modificar el sistema de aceite térmico
(hogar, quemadores, difusores, etc.), para que en todo momento la instalación
de generación de calefacción pueda operar en caso de no disponer de oxigeno
enriquecido para la combustión.
La combustión
con oxígeno enriquecido los niveles de NOx pueden ser mayores debido
a la elevada temperatura de combustión, este aumento es muy leve en comparación
con la reducción de emisiones de CO2 que ronda entre un 25 y 35%.
En
la combustión tradicionalmente se ha empleado aire normal (21% O2 y
79% N2) como oxidante, siendo el N2 un consumidor de
energía y el responsable de los NOx, contaminantes indeseados.
Al
disminuir el N2 presente en la reacción se reducen las pérdidas de
calor sensible, siendo uno de los métodos más eficientes para el ahorro de
energía en combustión. La combustión con estas características se conoce como
combustión con aire enriquecido con oxígeno (OEC). [1]
El enriquecimiento con oxígeno
es una técnica de apoyo de la combustión y otros procesos que utilizan aire
como fuente de oxígeno, consistente en la dilución de oxígeno puro en la
corriente principal de aire, de forma que se consigue un aire resultante con un
porcentaje de oxígeno superior.
Se suele llamar nivel de enriquecimiento
al porcentaje de exceso de oxígeno con respecto al aire que tiene el gas
resultante una vez enriquecido, por ejemplo si tiene un 21,9% se dice que el
nivel de enriquecimiento es del 1%.
El
enriquecimiento, aplicado en la combustión, detrae parte del nitrógeno que
participa en la misma, y cuyo único resultado son pérdidas de calor en los
humos y temperaturas de trabajo reducidas.
Al
eliminarse parte de este gas inerte que no tiene mayor función en las
reacciones de combustión, se obtienen diferentes beneficios:
- Ahorro
de combustible
- Incremento
de la temperatura de trabajo
- Incremento
de las capacidades productivas
Al aumentar la cantidad de
oxígeno en el aire más allá del 21% inicial se aumenta significativamente la
temperatura de la llama alcanzada por cualquier combustible. [2]
El
calor disponible de la combustión de oxi-combustible es mayor que la de
aire-combustible. El calor disponible es mayor, ya que se pierde menos energía
en los gases de combustión. Esto implica directamente un consumo de combustible
específico más bajo, como se indica en la Ilustración 1.
Ilustr.1: Comparativa combustión entre aire y oxígeno
Los
ahorros de energía variarán dependiendo del tipo de combustible, la proporción
de combustión existente y la temperatura del aire de combustión. Las
instalaciones oxi-combustible eliminan la necesidad de ventiladores de aire de
combustión y conductos de ventilación de gases de combustión, dando como
resultado ahorros de energía adicionales y se reduce el impacto medioambiental
mediante la reducción de las emisiones totales de CO2 de la planta
de producción. [3]
Los
gases de bajo poder calorífico pueden ser reutilizados en la combustión
oxi-combustible, ya que pueden proporcionar las temperaturas de llama
necesarios en aplicaciones de calefacción.
La oxi-combustión reduce la cantidad de NOx
producido, pero la concentración parece alta, esto es debido a la ausencia de
nitrógeno en el proceso de combustión y por lo tanto hay mucho menor volumen de
gases de combustión. [4]
En la tabla 1, se
muestran las diferencias entre la combustión con aire y oxigeno.
Tabla 1: Comparativa combustión aire/combustible y oxi-combustión
Mediciones
|
Aire-Combustible
|
Equivalencia
calculada con Oxi-combustible
|
Concentración
(ppm)
|
171
|
2.120
|
Emisiones de NO2
en el tiempo (lb/h)
|
7,94
|
7,94
|
Emisiones de NO2
de la energía utilizada (lb/mmBtu)
|
0,2324
|
0,3462
|
Gases secos
(scfh)
|
390.937
|
31.459
|
Gases húmedos
(scfh)
|
466.142
|
81.962
|
Potencia
instalada (mmBtu/h)
|
34
|
23
|
Perdidas de aire
( scfh al 3% exceso de oxigeno)
|
|
4.526,8
|
|
|
Exceso de oxigeno 3%
|
Fuente:
Trabajo de campo. Elaboración propia.
Si quieres saber más sobre el tema, puedes consultar la tesis doctoral:
Bibliografía:
[2] KG Denbigh: Los
Principios del equilibrio químico, Cambridge University Press. (SECC Ver.
II), 1955.
[3]
José Luis López Ateinza (2010) “Diseño y cálculo de la planta de gas inerte de
un buque petrolero de 150.000 TPM propulsado por turbinas de vapor.” Proyecto
de fin de carrera Ingeniería Técnica Naval, E.U.I.T Naval.
[4] A. Katchalsky y PF Curran: termodinámica de no
equilibrio en Biofísica, Harvard University Press. Cambridge,
Massachusetts., 1965.
También puedes consultar la bibliografía existente en la BNAU:
- Energía mediante vapor, aire o gas / W.H. Severns, H.E. Degler, J.C. Milles. Barcelona: Reverté, D.L.2007.
- Introducción a la ingeniería: enfoque de resolución de problemas / Kirk D. Hagen. México [etc.]: Prentice Hall, 2009.
- Principios de química: los caminos del descubrimiento / Peter Atkins, Loretta Jones. Buenos Aires, Madrid [etc.]: Médica Panamericana, 2006.
- Termodinámica / Kenneth Wark, Donald E. Richards. Madrid [etc.] : McGraw-Hill, 2003.
- Termotecnia calor industrial: transferencia, producción y aplicaciones / Luis del Arco Vicente. Barcelona: Mitre, 1984.
