Quemador de combustible líquido
La primera tarea a realizar por un quemador de combustible líquido es la de poner el combustible en fase gaseosa, condición indispensable para conseguir una mezcla íntima combustible-comburente y seguidamente su ignición. En función de la forma de alcanzar esta fase gaseosa, los quemadores de combustible líquido se clasifican en.
Sin duda, actualmente los, casi exclusivamente, utilizados, son los de pulverización y dentro de estos, los de pulverización mecánica por presión directa.
En ellos, se trata de romper la tensión superficial del líquido combustible, para así conseguir la atomización o fraccionamiento del líquido en millones de gotas de un diámetro comprendido entre 5μ y 500μ. A esto se llega haciendo pasar el combustible, bajo presión, por un orificio estrecho, que es lo mismo que se hace en la inyección diésel, pero añadiendo un movimiento de rotación, de forma que cada gota de combustible progresa en espiral hacia el orificio de salida, formándose a la salida del mismo, una fina capa de combustible que se va adelgazando hasta romperse en gotas finísimas.
Todo este proceso se produce en el interior de la boquilla o chicler[1] del quemador.
El chicler se constituye, por tanto, en un elemento fundamental en el funcionamiento de un quemador de combustible líquido. Su tamaño se determina con base en tres características fundamentales: caudal, ángulo de pulverización y forma del cono de pulverización.
Hasta 3500 kW de potencia, los quemadores se construyen formando un equipo compacto y se denominan monobloc. A partir de esta potencia es preciso instalar separadamente algunos elementos, como el ventilador, en cuyo caso el aire se conduce por conducto hasta el cabezal de combustión. Los conjuntos básicos de un quemador de pulverización mecánica son:.
El elemento fundamental del circuito de combustible es la bomba, que es la encargada de presurizar el combustible, con una presión según su tipo.[5] Se emplean bombas volumétricas, normalmente de engranajes, que entregan un caudal teóricamente constante para cualquier presión, aunque, en la práctica, esto solo es cierto para altas viscosidades.
La bomba impulsa el combustible a través de una tubería que recibe el nombre de línea o caña del quemador. En la línea, inmediatamente después de la bomba, se sitúan la o las electroválvulas, dependiendo del número de llamas del quemador.[6] Son válvulas de solenoide, generalmente tipo NC,[7] que dan paso al combustible hasta el chicler correspondiente.
El elemento principal del circuito de aire es el ventilador . En los quemadores monobloc, el ventilador viene alojado en la voluta o envolvente del quemador, que es lo que le da su forma característica. El ventilador es de tipo centrífugo, aspirando el aire por el centro de rotación y expulsándolo tangencialmente a través del cañón. La turbina se acopla al eje del motor, que también mueve la bomba, acoplada al mismo mediante un mecanismo flector fácilmente desmontable. El diámetro de la turbina y su velocidad de rotación en cada caso, garantizan el caudal de aire y la energía necesaria para vencer la pérdida de carga del circuito de humos y crear la sobrepresión necesaria en el hogar.
No obstante esto, debe existir un mecanismo de reglaje, que permita regular el caudal de aire necesario en cada caso. Este mecanismo suele ser de tipo compuerta y su posición se regula; manualmente y una sola vez en los quemadores pequeños, o bien automáticamente y con varias posiciones en función del número de llamas. En este último caso, el accionamiento de las compuertas se hace mediante pistón hidráulico o con servomotor eléctrico. En cualquier caso, un final de carrera abre la electroválvula de combustible cuando está garantizado que en el hogar hay caudal de aire suficiente para la combustión completa. En las paradas se cierran totalmente las entradas de aire para evitar la ventilación parásita que por tiro natural se forma entre el hogar y la salida de humos.
El aire impulsado por el quemador a través del cañón, se encuentra al final de éste, con un estabilizador o deflector, lo cual configura un cono de alimentación de aire cuya forma debe estar en consonancia con la forma de cono del chicler. El aire impulsado a través de las ranuras u orificios del deflector, junto con el aire secundario que pasa por el espacio circular entre el deflector y el cañón, forman el vacío necesario para estabilizar la llama y por tanto la temperatura necesaria para la vaporización del combustible.
Para el primer encendido, se necesita la presencia de una llama u otro sistema de ignición. En los quemadores de pulverización mecánica, el sistema está formado por un transformador que se alimenta en baja tensión, pero da una salida de entre 10 y 15.000 voltios, que se aplica a dos varillas, llamadas electrodos, envueltas en material cerámico excepto las puntas, entre las cuales, situadas a la distancia adecuada, salta un arco de 25 a 50 mA de intensidad,[8] suficiente para que el arco inflame el líquido pulverizado. Cuando se produce la llama "Llama (química)"), su brillo es detectado por una célula fotoeléctrica situada a la entrada del cañón, que corta la corriente al transformador. Si eventualmente la llama cesa, la célula vuelve a producir chispa para otro encendido. Pasado un tiempo establecido sin que se forme la llama, el quemador se bloquea y no volverá a encenderse mientras no se solucione el problema.
El funcionamiento del quemador y el gobierno de todo lo descrito lo realiza el programador, que establece la secuencia en el arranque o puesta en tensión de cada uno de los elementos, así como los tiempos de funcionamiento. Una tarjeta impresa con circuitos lógicos, controla que no se produzca una puesta en marcha o un funcionamiento irregular.
Lo indicado anteriormente se refiere a quemadores de combustibles líquidos ligeros, generalmente gasóleos. Los fuelóleos son los combustibles líquidos más pesados, que debido a su alta viscosidad necesitan en los quemadores unos tratamientos específicos además de los indicados. Los fuelóleos muy pesados, debido a su alto poder contaminante se utilizan cada vez menos en Europa. Algunos más ligeros, por su bajo precio, se siguen utilizando en la industria y en plantas de cogeneración.
En función del grado de viscosidad[9] puede necesitar precalentarse para facilitar su bombeo.[10] En este caso se utilizan tanques nodriza, de capacidad en función del consumo del quemador, que se mantienen a la temperatura adecuada para que el combustible fluya. Igualmente ocurre con las tuberías de alimentación desde el depósito nodriza hasta la entrada del quemador, que deben estar calefactadas con resistencias eléctricas o tuberías de acompañamiento.
Cuando la bomba se pone en marcha aspira el combustible a través de un filtro y lo hace llegar a un depósito, llamado comúnmente barrilete o precalentador, donde con resistencias eléctricas se eleva su temperatura hasta alcanzar la óptima para su pulverización. Del precalentador, el fuel llega a la electroválvula de prelavado, que estará abierta y hará retornar el combustible al barrilete. Este trasiego se mantiene durante 10 o 15 segundos, lo que permite desplazar el combustible frío contenido en el circuito y remplazarlo por combustible caliente, así como evacuar los posibles gases formados en el precalentador. Al mismo tiempo, el ventilador ya está introduciendo aire frío en el hogar y expulsa los gases residuales que pudieran quedar, proceso que se conoce como prebarrido. También durante este tiempo salta la chispa entre los electrodos, de tal forma que cuando se cierra la electroválvula de prelavado, se abre la de primera llama y si todo es correcto, se enciende el combustible.
Los quemadores de gasóleo carecen de precalentamiento, ya que debido a su viscosidad no lo necesitan y la secuencia de funcionamiento comienza con el prebarrido.