Clasificacion de hogares o camaras de combustion
Los hogares o cámaras de combustión se pueden clasificar siguiendo diversos principios, así, atendiendo a la posición relativa del hogar, pueden considerarse tres tipos típicos:
- Hogar inferior. Es el tipo más antiguo, se utilizaba generalmente en el caso de carbones de alto poder calorífico y bajo contenido en materias volátiles.
- Hogar delantero. Se puede emplear en casi todos los tipos de calderas y hornos, siendo apropiado para quemar combustibles de poca potencia calorífica pero ricos en productos volátiles.
- Hogar interior. Como su nombre indica, se sitúa en el interior de la caldera u horno, de forma que el calor es absorbido directamente por las paredes o tubos, por lo que deben emplearse combustibles de gran poder calorífico.
Si se atiende al estado físico del combustible, se pueden subdividir en:
- Hogares para combustibles gaseosos
- Hogares para combustibles líquidos
- Hogares para combustibles sólidos
Los hogares propiamente dichos, o cámaras de combustión, pueden trabajar, desde el punto de vista de la presión interior de las siguientes formas:
- En depresión, cuando la presión que existe en el interior del hogar cuando éste está a plena combustión, es inferior a la atmosférica.
- Ligeramente presurizados, cuando la presión existente en el hogar, a plena combustión, se encuentra entre los valores de 0 y 250 kPa sobre la presión ambiente.
- En sobrepresión o presurizados, cuando los valores de la presión en el interior del hogar se encuentran comprendidos entre 250 y 1500 kPa por encima de la presión atmosférica.
Actualmente se diseñan hogares que trabajan a presiones mucho mayores que las indicadas, en las llamadas combustiones intensivas. Debido a las altas presiones que se utilizan, se consiguen reducciones sensibles de las dimensiones de la llama, que permiten el diseño de hogares más pequeños, con un gran aumento de la densidad térmica (J/m3*h)
Cuando estos tres tipos de hogares han sido diseñados para quemar combustibles sólidos, se pueden adaptar a ellos quemadores de combustibles líquidos ó gaseosos sin disminuir la potencia a desarrollar. Por el contrario, si han sido diseñados para combustibles líquidos o gaseosos no se podrán adaptar para quemar combustibles sólidos sin disminuir la potencia producida.
Un hogar adecuadamente diseñado tiene dos funciones, quemar totalmente el combustible y enfriar los productos de la combustión suficientemente, a fin de que, en la sección de convección de la caldera u horno, el depósito de hollín sea razonablemente pequeño. Para cumplir estas dos funciones debe darse al hogar la suficiente superficie para que pueda enfriar por radiación térmica los gases de combustión.
HOGARES PARA COMBUSTIBLES GASEOSOS
Los combustibles gaseosos arden rápidamente, por lo que en principio necesitan una cámara de menor volumen que los demás para una misma potencia térmica a desarrollar; además, los productos de su combustión poseen un bajo poder emisivo, por contener solamente anhídrido carbónico, vapor de agua y nitrógeno, dada su gran miscibilidad con el aire comburente lo que facilita en gran manera la reacción de combustión. Como es sabido la emisividad del vapor de agua y del anhídrido carbónico alcanza valores poco elevados, mientras que la del nitrógeno puede ser considerada alta.
La gran ventaja que presentan sobre los demás combustibles es que los productos de su combustión son generalmente limpios, por lo que no ensucian ni atacan a la cámara de combustión, conductos de humos y chimenea.
En el estado actual de la técnica, no existen fórmulas que faciliten las dimensiones efectivas de un hogar en función de la potencia térmica a desarrollar. En la práctica es usual que la densidad térmica de un hogar con tiro natural oscile entre 900000 y 1200000 KJ/hm3, mientras que para hogares presurizados los valores normales de de la densidad térmica se sitúan entre 1,2 x 106 y 4 x 106 KJ/hm3, aunque en hogares presurizados con paredes del hogar refrigeradas y con combustiones intensivas, se alanzan actualmente valores de 7,3 x 106 y 23 x 106 KJ/hm3
HOGARES PARA COMBUSTIBLES LIQUIDOS
Los combustibles líquidos arden también rápidamente, por lo que necesitan un volumen relativamente pequeño de cámara de combustión pero los humos poseen mayor emisividad que los procedentes de combustibles gaseosos, siendo necesario por tanto aumentar la distancia existente entra la llama y las paredes del hogar, a fin de disminuir el flujo térmico incidente en ellas.
Por otra parte, las cenizas de los combustibles líquidos pueden dar lugar a reducciones importantes de la transmisión de calor, a causa de los depósitos formados en las superficies. Cuando estas cenizas se encuentran en estado fundido pueden provocar corrosiones sensibles de los materiales, en particular el deterioro rápido del refractario, motivado por la presencia de sodio en la ceniza.
Debe tenerse en cuenta que el hogar de los combustibles líquidos debe ser mayor que el de combustibles gaseosos para una misma potencia térmica, con lo que el volumen del hogar debe ser unas 1,58 veces el correspondiente a un hogar de gas.
HOGARES PARA COMBUSTIBLES SÓLIDOS
Los hogares de combustibles sólidos deben tener mayor volumen y superficie de calefacción que los de combustibles líquidos y gaseosos, de la misma potencia térmica, debido a que la velocidad de combustión de un combustible sólido es mucho menor que la de los otros combustibles.
Las características siguientes de los combustibles sólidos pueden determinar aún un mayor incremento del volumen del hogar:
- Poder calorífico
- Humedad
- Contenido de materia mineral
- Temperatura de fusión de las cenizas
- Características químicas de las cenizas
El contenido de materia mineral es un indicativo del contenido en cenizas, que junto con la temperatura de fusión de las mismas da un índice sobre la posible acumulación de cenizas y sobre la posibilidad de formación de escorias en las paredes del hogar. Estas, pueden producir daños al provocar un aumento de la temperatura superficial de la pared, al mismo tiempo que reducen la transferencia energética, y según su composición química pueden producir un ataque sobre la pared, destruyéndola rápidamente.
En general un hogar de combustibles sólidos necesita un volumen 2,5 veces mayor que el correspondiente para combustibles gaseosos.
La densidad térmica oscila en estos hogares entre 900000 y 1000000 KJ/hm3, mientras que la densidad de flujo térmico, j, varía entre 900000 y 1500000 KJ/hm3.
