Eficiencia de Combustión
Conocer la proporción adecuada de aire-combustible que asegura una combustión completa, así como la proporción esperada de los productos resultantes, permite a los operadores de calderas evaluar la eficiencia del proceso de combustión.
Las tablas de eficiencia de combustión proporcionan la información necesaria para calcular la eficiencia de combustión. La información contenida en una tabla de eficiencia de combustión suele incluir:
- El porcentaje de aire en exceso.
- El porcentaje de oxígeno en los gases de combustión.
- El porcentaje de CO2 en los gases de combustión.
- La temperatura del aire suministrado para la combustión.
- La temperatura de los gases de combustión medida en la chimenea.
Notas
Los gases de combustión también se conocen como gases de escape o gases de chimenea. El término chimenea se utiliza indistintamente con la palabra chimenea.
A continuación se presenta una tabla típica de eficiencia de combustión.
|
% Aire en Exceso |
Temperatura Neta de la Chimenea (°F) (Temperatura de los Gases de Chimenea Menos Temperatura del Aire de Combustión) |
||||||
|
% Aire |
% Oxígeno |
% CO2 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
9.3 |
2.0 |
10.6 |
85.4 |
83.1 |
80.8 |
78.4 |
76.0 |
|
14.8 |
3.0 |
10 |
85.2 |
82.8 |
80.4 |
77.9 |
75.4 |
|
28.1 |
5.0 |
8.8 |
84.7 |
82.1 |
79.5 |
76.7 |
74.0 |
|
44.2 |
7.0 |
7.7 |
84.1 |
81.2 |
78.2 |
75.2 |
72.1 |
|
81.4 |
10.0 |
6.1 |
82.8 |
79.3 |
75.6 |
71.9 |
68.2 |
Tabla de Eficiencia de Combustión de Gas Natural (asumiendo combustión completa)
En lugar de detallar las complejidades de la tabla, se presentan dos ejemplos.
Ejemplo 1
Una caldera tiene una temperatura de chimenea de 500°F. La temperatura de la sala de calderas es de 100°F. El aire para la combustión en la caldera se toma directamente del entorno que rodea la caldera, por lo que la temperatura del aire suministrado para la combustión es la misma que la temperatura de la sala de calderas (100°F). El porcentaje de dióxido de carbono (CO2) en los gases de combustión se mide en la chimenea y tiene un valor de 10.6%.
- La temperatura neta de la chimenea es 500°F – 100°F = 400°F.
- El porcentaje de CO2 es 10.6%.
Verificar los resultados con la tabla de eficiencia de combustión indica que la caldera está operando al 80.8% de eficiencia.
Ejemplo 2
Una caldera tiene una temperatura de chimenea de 420°F y una temperatura de sala de calderas de 80°F. El porcentaje de oxígeno en los gases de combustión es 7.2%.
- La temperatura neta de la chimenea es 420°F – 80°F = 340°F.
- El porcentaje de oxígeno es 7.2%.
Verificar los resultados con la tabla de eficiencia de combustión indica que la caldera está operando a una eficiencia de aproximadamente 81.2%.
Si redondeamos la temperatura neta de la chimenea a 350°F, podemos estimar el valor de eficiencia usando la tabla. La eficiencia real probablemente esté entre 81.2% y 78.2% porque estos son los dos valores dados entre 300°F y 400°F.
Por ejemplo:
- El valor de eficiencia de combustión a 300°F y 7% de oxígeno es 81.2%
- El valor de eficiencia de combustión a 400°F y 7% de oxígeno es 78.2%
- 81.2% - 78.2% = 3%
- Por lo tanto, hay una reducción del 3% en la eficiencia si la temperatura neta de la chimenea cambia de 300°F a 400°F.
- Sabiendo que hay una reducción del 3% en la eficiencia de combustión por un cambio de 100°F en la temperatura neta de la chimenea, también sabemos que un cambio de 50°F corresponderá a una reducción del 1.5% en la eficiencia de combustión (porque 50°F es la mitad de 100°F y correspondientemente 1.5% es la mitad de 3%).
- La eficiencia final de combustión se calcula así como 82.2% - 1.5% = 79.7%.
Observe que la eficiencia de combustión disminuye a medida que aumenta la temperatura neta de la chimenea. Una alta temperatura neta de la chimenea indica que menos calor generado por la combustión se transfirió al agua, mientras que una baja temperatura neta de la chimenea indica que más calor se transfirió al agua. Altas temperaturas de gases de escape representan un desperdicio de energía y dinero.
Ejemplo 3
Una temperatura de gases de escape de 600°F con una temperatura de aire de combustión de 100°F, da una temperatura neta de la chimenea de 500°F.
- 600°F -100°F = 500°F
Una temperatura de gases de escape de 400°F con una temperatura de aire de combustión de 100°F, da una temperatura neta de la chimenea de 300°F.
- 400°F -100°F = 300°F
Observe en nuestro ejemplo que todos los valores de eficiencia de combustión relacionados con una baja temperatura neta de la chimenea, son más altos que los posibles para una alta temperatura neta de la chimenea.
Recursos Adicionales
https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency
https://www.trutechtools.com/Understanding-Combustion-Efficiency_c_261.html
https://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31496.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/combustion-efficiency