Combustió, Calderes i Bescanviadors de Calor

1. Significat de Combustible, Combustió i Deflagració

Combustible: Substància que pot alliberar energia en forma de calor en ser oxidada.

Combustió: Procés químic d'oxidació ràpida entre un combustible i un comburent (normalment oxigen), que allibera calor i llum.

Deflagració: Combustió ràpida i explosiva que es propaga a una velocitat inferior a la del so.

2. Reacció General de Combustió

Hidrocarbur + O₂ → CO₂ + H₂O

3. Gasos en una Combustió Perfecta

Els gasos resultants d'una combustió perfecta (completa) són principalment diòxid de carboni (CO₂) i aigua (H₂O).

4. Oxigen en els Gasos de Combustió

La presència d'oxigen (O₂) en els gasos de combustió indica un excés d'aire en la mescla, és a dir, s'ha utilitzat més oxigen del necessari per a la reacció.

5. Ús d'Aire en Excés en les Combustions

S'utilitza aire en excés per assegurar que la combustió sigui completa, evitant la formació de productes indesitjables com el monòxid de carboni (CO).

6. Nitrogen i Eficàcia de la Combustió

El nitrogen (N₂) present en l'aire no participa en la combustió, però absorbeix part de l'energia alliberada, reduint la temperatura màxima assolible i, per tant, l'eficiència del procés.

7. Combustió Incompleta: Monòxid de Carboni

Si la combustió és incompleta, es genera monòxid de carboni (CO), un gas tòxic. Això passa quan no hi ha suficient oxigen per a una oxidació completa del combustible.

8. Característiques per Escollir un Combustible

Les característiques principals inclouen:

• Poder calorífic.
• Facilitat d'encesa.
• Disponibilitat.
• Cost.
• Impacte ambiental.

9. Poder Calorífic d'un Combustible

El poder calorífic és la quantitat d'energia alliberada en forma de calor per la combustió completa d'una unitat de massa (kg) o volum (m³) de combustible.

10. Combustibles Líquids i Gasosos Més Usats

Els més comuns són:

• Líquids: Gasoil, fueloil.
• Gasosos: Gas natural, propà, butà.

11. Ús de les Calderes de Vapor

Les calderes de vapor s'utilitzen per generar vapor d'aigua, que s'empra en processos industrials, calefacció i generació d'electricitat.

12. Funcionament d'una Caldera de Vapor

En una caldera de vapor, el combustible es crema, alliberant calor. Aquesta calor escalfa l'aigua, transformant-la en vapor. Els gasos de combustió resultants s'expulsen a través d'una xemeneia.

13. Vapor d'Aigua com a Agent Calefactor

El vapor d'aigua és un excel·lent agent calefactor a causa del seu elevat calor latent de vaporització, que li permet transportar i alliberar grans quantitats d'energia.

14. Elements Bàsics d'una Caldera

Els tres elements bàsics són:

• Cremador: On es produeix la combustió.
• Llar (o cambra de combustió): Espai on es crema el combustible.
• Sistema d'aigua-vapor: Conjunt de tubs i recipients on l'aigua s'escalfa i es converteix en vapor.

15. Rendiment Calorífic d'una Caldera

El rendiment calorífic és la relació entre la calor útil aprofitada (transferida a l'aigua per generar vapor) i la calor total subministrada pel combustible.

16. Pèrdues del Rendiment Calorífic

Les pèrdues es deuen principalment a:

• Calor perduda en els gasos de combustió que surten per la xemeneia.
• Pèrdues per radiació i convecció a través de les parets de la caldera.

17. Índex de Vaporització

L'índex de vaporització és una altra forma d'expressar el rendiment d'una caldera. Es calcula com la relació entre la massa de vapor generada i la massa de combustible consumida (kg vapor / kg combustible).

18. Aprofitament de la Calor dels Fums

Es pot aprofitar la calor dels fums de diverses maneres:

• Preescalfament de l'aigua d'alimentació de la caldera.
• Preescalfament de l'aire de combustió.
• Ús en altres processos industrials que requereixin calor (assecatge, etc.).

1. Operació en un Bescanviador de Calor

En un bescanviador de calor, es transfereix energia tèrmica entre dos fluids a diferents temperatures sense que es barregin.

2. Contacte entre Fluids en un Bescanviador

Els fluids no estan en contacte directe. La transferència de calor es produeix a través d'una superfície sòlida (tubs, plaques, etc.) que els separa.

3. Estalvi Energètic amb Bescanviadors

S'aconsegueix un estalvi energètic en integrar i enllaçar els diferents corrents de fluids (calents i freds) d'un procés, recuperant calor que d'altra manera es perdria.

4. Bescanviadors de Tubs Concèntrics

També s'anomenen bescanviadors de doble tub.

5. Funcionament dels Bescanviadors de Tubs Concèntrics

Consisteixen en dos tubs concèntrics. Un fluid circula per l'interior del tub central, i l'altre fluid circula per l'espai anular entre els dos tubs.

6. Fluxos en Paral·lel

Significa que els dos fluids circulen en la mateixa direcció a través del bescanviador.

7. Fluxos en Contracorrent

Significa que els dos fluids circulen en direccions oposades a través del bescanviador.

8. Bescanviadors per a Petits Cabals

Els bescanviadors de tubs concèntrics són adequats per a petits cabals.

9. Bescanviador de Carcassa i Tubs

Consisteix en un feix de tubs dins d'una carcassa cilíndrica. Un fluid circula per l'interior dels tubs, i l'altre fluid circula per l'exterior dels tubs, dins de la carcassa.

10. Flux Creuat

Significa que els fluids circulen en direccions perpendiculars entre si. Per exemple, en un radiador de cotxe, l'aire flueix perpendicularment als tubs per on circula el refrigerant.

11. Parets Deflectores en un Bescanviador

Les parets deflectores (o deflectors) s'utilitzen per dirigir el flux del fluid que circula per la carcassa, augmentant la turbulència i millorant la transferència de calor.

12. Significat de 'm' i 'n' en Bescanviadors m-n

'm' representa el nombre de passos del fluid pel costat de la carcassa, i 'n' representa el nombre de passos del fluid pels tubs.

13. Capçals Retirables en Bescanviadors m-n

És interessant que els capçals siguin retirables per facilitar la neteja i el manteniment dels tubs.

14. Desmuntatge de Bescanviadors de Plaques

Sí, els bescanviadors de plaques es poden desmuntar per a la seva neteja i manteniment.

15. Funcionament dels Bescanviadors de Plaques

Consisteixen en una sèrie de plaques metàl·liques corrugades o amb canals, que formen canals estrets per on circulen els fluids. Els fluids flueixen alternativament per canals adjacents, transferint calor a través de les plaques.

16.