Los combustibles industriales del país (3:45 h):
• Carbón, bagazo, gas natural y el fuel oil - ACPM
a) Propiedades, manejo y costos comparativos
b) La bolsa de los combustibles (J.V.S)
• Teoría básica de la combustión
Los combustibles industriales del país (3:45 h):
• Carbón, bagazo, gas natural y el fuel oil - ACPM
a) Propiedades, manejo y costos comparativos
b) La bolsa de los combustibles (J.V.S)
• Teoría básica de la combustión
Combustibles y Principios de la CombustiónCombustibles y Principios de la Combustión
Por: GONZALO RODRÍGUEZ GUERRERO
Bogotá, julio 26, 27, 28 y 29 de 2006

CARACTERIZACIÓN DEL:
CARBÓN
FUEL OIL, ACPM
GAS NATURAL
PROPANO
BAGAZO

Desde hace unos 300 años se conoce y por 100 años
fue el combustible del ferrocarril a vapor. El carbón de
piedra por cerca de 200 años fue el desarrollador ya que
proporcionó la potencia para la maquinaria del mundo.
La escala ascendente del carbón es:
• Leña, 50% carbono
• Turba, 52-60%
• Lignito y carbón pardo, 55-65 %
• Hulla seca, 75-80 %
• Hulla blanda o bituminosa, 65-85 %
• Antracita, 75-95 %
Sobre la antracita, está el grafito, casi carbono puro
no-combustible.
ACCIÓN
QUÍMICA
ACCIÓN
BACTERIANA
DESECHOS DE
PLANTAS
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
MATERIA
VEGETAL
TURBATURBA
Precursor del carbón
CARACTERIZACIÓN DEL
CARBÓNLa madera se empleó como combustible desde
los primeros tiempos. Hasta mediados del siglo
18 se utilizó, cuando el desarrollo industrial pro-
pició el uso del carbón. En 1879 aparecieron los
combustibles líquidos.

SUSTANCIA SÓLIDA ORGÁNICA LIGERA, NEGRA Y COMBUSTIBLE QUE RESULTA DE LA DESTI-
LACIÓN O COMBUSTIÓN INCOMPLETA DE LA LEÑA O DE OTRAS SUSTANCIAS ORGÁNICAS.
CARBÓN DE LEÑA O VEGETAL: RESIDUO SÓLIDO RESULTANTE DE LA CARBONIZACIÓN DE LA
MADERA. (200-250)ºC.
CARBÓN MINERAL DE PIEDRA: (ANTRACITA, HULLA, LIGNITO Y TURBA)
EN LOS CARBONES MINERALES TOTALMENTE CARBONIZADOS, SE DISTINGUE LA ANTRACITA
CON CONTENIDO DE MATERIAS VÓLATILES (MV) MENOR DEL 8%.
HULLA: MINERAL FÓSIL PROVENIENTE DE VEGETALES QUE HA SUFRIDO TRANSFORMACIONES
GEOLÓGICAS QUE LE DAN SU GRAN PODER CALORÍFICO. LA HULLA POSEE MV DE 45 %.
• HULLAS MAGRAS: 14% MV
• HULLAS SEMIGRASAS: 12-22 % MV, SON YA AGLUTINANTES
• HULLAS SECAS: (34-45)% MV Y NO AGLUTINANTES
LOS CARBONES SE CLASIFICAN POR EL CONTENIDO DE CARBÓN Y MATERIAS VOLÁTILES.
OTRAS COMO LA PROPIEDAD AGLUTINANTE O ÍNDICE DE ESPONJAMIENTO.
En Montana, USA, el carbón de la zona oriental - rocas planas, es lignito y en la occidental,
con rocas curvas (MR), el carbón es bituminoso (hullas grasas).
En el occidente de Pennsylvania, los carbones son de mayor grado que los bituminosos y en
el nordeste, las rocas plegadas han eliminado parte de los gases de las hullas grasas dando
rocas que contienen hulla grasa en el oeste y al noroeste hay antracita.

ANÁLISIS PARTICULAR DE UN CARBÓN
DE CUNDINAMARCA
(MINA LA CUMBRE 091-8522474 )
HUMEDAD, %
VOLÁTILES, %
CENIZAS, %
AZUFRE, %
PODER CALORÍFICO, cal/gr.
1.2
32.6
8.7
0.64
7,781
Promedio
1.5
36.2
10.4
1.0
8,219
Máximo
0.11
30.5
6.4
0.45
7,538
Mínimo
252 CAL = 1 Btu

ANTRACITA-SUB Y BITUMINOSO DEL CARBÓN
ANTRACITA: CARBÓN DÉBIL EN MATERIAS VOLÁTILES (6-8) % Y ALTO CONTENIDO DE FIJO
(< 90 % ). ES MUY DURO, ENCIENDE LENTAMENTE Y REQUIERE ALTOS TIROS DE AIRE.
ARDE CON LLAMA AZUL PÁLIDA, SIN HUMO Y DESPRENDE MUCHO CALOR ES DE COLOR
NEGRO Y NO MANCHA LOS DEDOS. TIENE BRILLO VITREO. SU PODER PASA DE 14,000
Btu/Lb. ES EL ÚLTIMO PASO DE LA CARBONIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES UNIVER-
SALES.
BITUMINOSO: DEPÓSITOS DE ROCAS QUE TIENEN BETÚN O SEMEJANZA. ES UN CARBÓN BLANDO
CON ALTOS PORCENTAJES DE VOLÁTILES. QUEMA CON LLAMA AMARILLA Y HUMEANTE Y PODER
CALORÍFICO ENTRE 11 Y 14,000 Btu/LB.
SEMIBITUMINOSO: Recomendables para las calderas pirotubulares. Quema con poco humo y es mas
blando que la antracita y tiende tendencia a romperse en finos con su manejo. Es el mayor grado de bi-
tuminoso. Su poder es de 13,000 a 14,500 Btu/lb.
SUB BITUMINOSO: (LIGNITO NEGRO. ES UN BITUMINOSO DE BAJO GRADO CON PODER CALÓRICO DE 9 A 11,000 Btu/lb.
MATERIAS BITUMINOSAS: 1 (BETUNES, PUROS, NATURALES, ASFALTOS, FUEL OIL)
2 (BREAS DEL PETRÓLEO)
3 (ALQUITRANES Y BREAS DERIVADOS DE LA HULLA U OTROS ORGÁNICOS

CALIDAD DEL CARBÓN
CENIZAS
CARBÓN FIJO MATERIA VOLÁTIL
CARBÓN LIBRE, HUMEDAD Y CENIZAS
CARBÓN CRUDO
CARBÓN LIBRE DE HUMEDAD BURDA (SECA AL AIRE)
CARBÓN LIBRE DE HUMEDAD
HUMEDAD TOTAL
RESIDUO DE COKE
HUMEDAD
HIGROS
CÓPICA
HUMEDAD
BURDA
ANALISÍS DEL CARBÓNANALISÍS DEL CARBÓN

HUMEDAD DEL CARBÓN
• Humedad superficial
• Residual
• Equilibrio
• Humedad total
Superficial, cuando el carbón se seca al aire ambiente
Residual, que tiene el carbón seco en ambiente de laboratorio y se pierde
a temperatura de 106°C
Equilibrio, humedad retenida a 30°C y humedad relativa entre 96 y 97%
Total, suma de la residual y la superficial
De la humedad del carbón, se tiene que a mayor contenido de agua, se reduce la ca-
pacidad de generación y se producen gases mas fríos, sin embargo, el carbón no de-
be estar completamente seco (máximo 3 %), ya que el agua favorece las reacciones
de gasificación y combustión, mejorando la eficiencia.
POR CADA 5 % DE INCREMENTO
DE HUMEDAD EN EL CARBÓN, SE PIERDE 0.5 %
DE EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN

CENIZAS
Proviene de la materia mineral (mm) del carbón, que en condiciones de
incineración sufre algunos cambios: pérdida de agua de hidratación, des-
composición de carbonatos, piritas y otros
La mm es la principal fuente de elementos que constituyen
las cenizas cuando el carbón quema
La mm es indeseable ya que su presencia afecta las o-
peraciones de minería, preparación, transporte y utili-
zación

EMISIÓN DE GASES
CONTROL DEL IMPACTO AMBIENTAL
ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX)
NITRÓGENO DEL AIRE: (NOX) TÉRMICO, depende de la temperatura
NITRÓGENO DEL COMBUSTIBLE: (NOX) DEL COMBUSTIBLE
En el carbón, el 20 % del nitrógeno del combustible se convierte en NOX
En quemadores de parrilla con excesos de aire del 30 al 50%, el NOX es
del orden de las 400 ppm.

EMISIONES DE MONÓXIDO DE CARBONO
(CO)
Grupo de Mejora de eficiencia y reducción efectos ambientales en
quemadores de carbón en parrilla
• COMBUSTIÓN INCOMPLETA O CONTROL DEL EXCESO DE AIRE
• EXCESOS DE AIRE DEL 30 AL 50 %, PRODUCE BAJOS NIVELES
DE CO (< 200 ppm)
• DISTRIBUCIÓN DEL CARBÓN SOBRE LA PARRILA (UNIFORME)
MÉTODOS DE MEDICIÓN
• SENSORES PORTÁTILES
• SENSORES CONTÍNUOS EN EL SITIO DE EMISIÓN
Se producen por:

EMISIONES DE DIÓXIDO DE AZUFRE
(SOx)
Grupo de Mejora de eficiencia y reducción efectos ambientales en
quemadores de carbón en parrilla
EL 98 % DEL AZUFRE DEL CARBÓN, SE EMITE COMO ÓXIDO
• CARBONES DE ANTIOQUIA Y CALDAS 0.63 % W
• VALLE DEL CAUCA 2.70 % W
• PARA CARBONES CON ALTOS CONTENIDOS DE AZUFRE, SE
RECOMIENDA MEZCLARLOS O LAVARLOS.
• LIMPIEZA DE LOS GASES DE COMBUSTIÓN

El análisis próximo es la caracterización mas usada en carbones
y determina la distribución de productos durante el calentamiento.
Separa los productos en cuatro grupos:
1. Humedad (Hu),
2. Materia Volátil (MV), consistente en gases y vapores que salen
durante la pirólisis.
3. Carbono fijo (Cf), la fracción no volátil del carbón y
4. Cenizas (Cz), el residuo inorgánico resultante de la combustión.
ANÁLISIS PRÓXIMO

El análisis último de carbones y coques, se define
como la determinación de carbono e hidrógeno,
obtenidos por la combustión del material carbonáceo.
También determina:
• Azufre,
• Nitrógeno total y
• Cenizas.
• Oxígeno, se calcula por diferencia.
ANÁLISIS ÚLTIMO

CÓMO QUEMA EL CARBÓN
EL AUMENTO DE TEMPERATURA PRODUCE TRANSFORMACIONES FÍSICAS Y QUÍMI-
CAS (PIROLISIS, VAPORES CONDENSABLES Y RESIDUO PLÁSTICO COMPACTO Y PO-
ROSO).
LOS PROCESOS QUÍMICOS DEPENDEN DE LA VELOCIDAD Y TEMPERATURA.
EN 200°C SE LIBERA TODA EL AGUA Y EN 300°C SE VOLATILIZAN LOS HIDROCARBU-
ROS GASEOSOS (HCN, H2, CO, Y OTROS) QUE REACCIONAN CON EL AIRE SECUN-
DARIO
AL SEGUIR INCREMENTANDO LA TEMPERATURA, SE INICIA EL ENCENDIDO DE LOS
ALQUITRANES PRODUCIENDO PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN Y LIBERANDO CALOR.
UN AIRE ADICIONAL (SOBREFUEGO) PRODUCE EL EXCEDENTE DE CALOR DEL CAR-
BÓN INICIANDO LA PRODUCCIÓN DE CENIZAS.

Aire primario Aire primario
Quemador de parrilla viajera
Alimentador
de carbón
Parrilla volcable
(Dumping grate)
La llama del carbón debe formarse bien centrada en el
el horno.
La velocidad de inyección del carbón es muy importante, si
la velocidad es muy baja, trata de devolverse la llama
Una alta proporción de
aire primario, tiende a
disminuir la temperatura
de la mezcla y perjudica
la combustión.
Zonas de proceso de la combustión
secado pirólisis combustión formación de cenizas
Fases de quemado del carbón
en una parrilla viajera

Aire primario Aire primario
Alimentador
de carbón
Parrilla volcable
(Dumping grate)
IGNICIÓN DEL CARBÓN
Para lograr una rápida ignición o
encendido del carbón, se debe u-
tilizar sólo entre el 25 y 35 % del
aire como aire primario.
25-35 % Aire primario
Aire
secundario

CALDERA A CARBÓN
cenicero
Aire primario Aire primario
Alimentador
de carbón
Parrilla volcable
(Dumping grate)
Un buen equipo de combustión del carbón debe
reunir al menos estas tres condiciones:
• Mantener una proporción de aire primario mínimo
• Retrasar la mezcla con aire secundario para estabilizar la llama
• Recircular los gases al máximo, si es posible
También ejercen una notable influencia, las características del carbón
• Granulometría
• Materiales volátiles
• Cenizas y punto de fusión
Aire
secundario

AIRE DE
COMBUSTIÓN DESCARGA MANUAL
DE CENIZAS
ESQUEMA DE UNA CALDERA A CARBÓN
PARRILLA FIJA
TORNILLO SINFIN
TOLVA DE CARBÓN
FLUJO DE CARBÓN

MATERIA VOLÁTIL (PIROLISIS)
Porción que se separa como gas, cuando el carbón es calentado
• HIDROCARBUROS
• GASES RESULTANTES DE LA DESTILACIÓN Y DESCOMPOSICIÓN
MATERIA VOLÁTIL
Composición
H2O, CO2, CO, H2S, CH4, C2H6, AROMÁTICOS,
COMPUESTOS ORGÁNICOS, OXIGENADOS,
SULFORADOS Y ALQUITRANES (ASTM D3175- 89a)
PrIncipio del método
CALENTAMIENTO RÁPIDO DE UN GRAMO DE MUESTRA
A 950°C DURANTE 7 MINUTOS EN CONDICIONES CON-
TROLADAS
Usos PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN, ESCOGENCIA DEL E-
QUIPO ADECUADO PARA LA COMBUSTIÓN DE CARBONES
EL EFECTO DE LOS VOLÁTILES EN LA COMBUSTIÓN, ES QUE A MAYOR SU CONTENIDO, MAYOR
PROPORCIÓN DE AIRE SECUNDARIO SE REQUERIRÁ PARA QUEMAR LOS GASES LIBERADOS

MATERIA VOLÁTIL
RELACIÓN DEL CONTENIDO DE MATERIA VOLÁTIL
CON EL GRADO DE MOLIENDA
> 45 60 a 70 2
Material volátil
(%)
Porcentaje pasa malla 200
(%)
Porcentaje retenido sobre malla 50
(%)
38 a 45 65 a 72 2
18 a 38 70 a 75 2
Para calderas de carbón pulverizado, este debe ser triturado hasta el tamaño de
polvo para minimizar las pérdidas por inquemados.
El grado de molienda depende del grado del carbón.
Los carbones de alto rango y bajo contenido de MV, requieren un tamaño de
partícula mas fino que carbones de bajo rango con alto contenido de volátiles

SIGNIFICADO DE SELECCIÓN DE GRADACIÓN
(TAMICES - GRANULOMETRÍA)
Ø alambre
Abertura
Tyler / pulg.
Abertura
(pulg)
Ø alambre
(pulg-mm)
200 0.0029 0.0021- 0.0534
100 0.0058 0.0042- 0.1066
80 0.0069 0.0056- 0.1422
50 0.0097 0.0070- 0.1778
1 PULGADA

Relación aire - combustible para diferentes carbones
Relación aire combustible
en Kg. de aire / Kg. de carbón
Relación aire combustible
en m3 / kg. de carbón
Región
colombiana
Antioquia y antiguo Caldas
Valle del Cauca Sector Yumbo-Suárez
Boyacá, área Sogamoso - Jericó
Cundinamarca- Proyecto Termo Yumbo IV
Cesár – Área la Jagua
Cerrejón Zona Central
Córdoba, La Escondida - San Jorge
Norte de Santander, Fm. Carbonera
8.7
8.5
9.0
10.7
9.8
8.5
6.7
10.8
11.3
11.0
11.6
13.8
12.8
11.0
8.70
14.0
FUENTE: ECOCARBÓN

CALCULO DEL AIRE ESTEQUIOMÉTRICO
FUENTE: ECOCARBÓN
OXÍGENO PARA LA COMBUSTIÓN:
El OXIGENO REQUERIDO PARA UN KG DE CARBONO, ES 2.66, 8 KG DE OXÍGENO PARA 1 KG DE HIDRÓ-
GENO Y 1 KG DE OXIGENO PARA UN KILO DE AZUFRE.
SE TIENE UN CONTENIDO DE 0.23 KILOS DE OXÍGENO POR KILO DE AIRE.
CON LOS DATOS ANTERIORES SUMADOS, SE OBTIENE QUE EL AIRE ESTEQUIOMÉTRICO PARA EL CAR-
BÓN, ES DE 9.8 KG DE AIRE POR KG DE CARBÓN
La quema de los componentes del carbón cumple que:
CARBONO : 0.6 KG DE CARBONO POR KILO DE CARBÓN
HIDRÓGENO: 0.1 KG DE HIDRÓGENO POR KILO DE CARBÓN
AZUFRE : 0.01 KG DE AZUFRE POR KILO DE CARBÓN
OXÍGENO : SU PRESENCIA RESTA LA SOLICITUD DE O2
0.15 KG DE OXÍGENO POR KILO DE CARBÓN
9.80
Kg de aire
Kg de carbón
carbóndekg
Odekg150
Sdekg
Odekg1
carbóndekg
Sdekg010
Hde
Odekg8
carbóndekg
Hdekg10
Cde
Odekg662
carbóndekg
C60 22
2
222 .
x
.
kg
x
.
kg
.
x
dekg.
−++
carbóndekg
Odekg2562
carbóndekg
Odekg150
carbóndekg
Odekg010
carbóndekg
Odekgdekg80
carbóndekg
Odekg5961 22222 .....
=−++
carbónde
airedekg89
airedekg
Odekg230
1
carbóndekg
Odekg2562
2
2
kg
.
.
x
.
=
(λ)

CALCULO DEL AIRE
FUENTE: ECOCARBÓN
9.80 Kg de aire
Kg de carbón
Masa de aire consumido = (1+e) λ (Kg de aire/Kg de carbón)
(λ)
Kg de aire = (1+e) x λ x masa de carbón
Normalmente, el exceso de aire es:
• Carbón pulverizado, del 15 al 20 %,
• Carbón en parrilla móvil entre 20 al 30 %
• Carbón en parrilla fija, entre 30 al 45 %
Masa de gases = m carbón + (1+humedad del aire) m aire – m cenizas e inquemados
% inquemados = 100 – (cenizas + humedad de los residuos)

CÁLCULO DEL EXCESO DE AIRE
Exceso de aire (e) =
3.76 (NO2 – ½ NCO) x 100
1 - NCO2 – 4.76 NO2 + 0.88 NCO2
Ni = Fracciones Volumétricas del análisis de gases, en base seca
FUENTE: ECOCARBÓN
Con el exceso de aire e, se obtiene la masa de aire realmente utilizado.
Masa de aire real = (1 + e) λ [ ]
Kg. aire
Kg. carbón
El flujo de aire en Kg/s (ma), se calcula utilizando el consumo de carbón (kg/s) (mc)
Aire-ma(kg/s) = (1 + e) λ x mc (kg aire/kg carbón) (kg carbón/s) =[kg aire/s]

COMPARACIÓN DE PARÁMETROS ENTRE
TECNOLOGÍAS DE COMBUSTIÓN DEL CARBÓN
Parámetro
RENDIMIENTO
Unidad
Parrilla Fija
Manual Automática
EFICIENCIA
INQUEMADOS
EXCESO DE AIRE
PARTICULADO
FLEXIBILIDAD COM-
BUSTIBLE
FACILIDAD DE
CONTROL
KG VAPOR
KG CARBÓN
6.0 6.5 – 7.0 7.0 – 8.0 8.0 – 9.0
Carbón
pulverizado
Parrilla Móvil
%
%
%
KG
10 6
Kcal
50 A 60 65 A 70 75 A 85 80 A 90
40 A 50 20 A 30 10 A 20 5 A 8
> 60 30 A 45 20 A 30 15 A 25
> 0.6 > 0.6 0.5 0.4
BAJA BAJA MEDIA MEDIA
POCA MEDIA ALTA ALTA

Capacidad de aglomeración
FUENTE: ECOCARBÓN
Significa la capacidad de algunos carbones de permanecer libres durante
la combustión.
Es importante para seleccionar el carbón con el cual se debe operar la caldera.
Los carbones con capacidad de aglomerarse al calentarse pasan de un estado
pastoso plástico que se funden con los otros haciendo masas de retortas por
las cuales no es posible el paso de aire de combustión formándose los carbones
coquizables.
Al contrario, aquellos que se calientan y permanecen libres o se fusionan y fácil-
mente se rompen, facilitan la homogeneidad del flujo de aire en el lecho, estos se
denominan carbones térmicos

Objetivo: Gestión de calidad del carbón.
Recuento de modelaje de un plan para compra del carbón
Acción
Premiar a los proveedores de carbón por la calidad del suministro
estableciendo un estandar deseado y acordando un precio base.
Compra de carbón
Con el análisis de humedad y cenizas, se calcula el precio final,
afectándose el precio base.
La razón de tener en cuenta estos dos parámetros, se debe a que
el carbón comprado proviene de la misma cuenca con variación,
básicamente en el contenido de cenizas y humedad.

Se ha recomendado la siguiente calidad:
Humedad total Menor del 3%
Cenizas Inferior al 15%
Calidad deseada
Se fija un precio base para el carbón, que cumpla con la
calidad deseada así:
,
Precio final (PF) = Precio Básico (PB)
Si el carbón no cumple con las especificaciones recomenddas,
el precio final será dado por;
PF = PB x Fh x Fcz
Donde; Fh, Fcz, son los factores de humedad y cenizas
respectivamente.

COMPRA DEL CARBÓNCOMPRA DEL CARBÓN
PB = $ 120 / KG.
H = 3 %
CZ = 15 % COMO VALORES ESTÁNDAR,
CUÁL SERÁ EL COSTO DEL CARBÓN SI:
a) EN EL PRIMER MES = 2,000 TONELADAS H = 5 % y CZ = 20 %
b) EN EL SIGUIENTE MES = 2,800 TONELADAS, H= 4 % y CZ = 12 %,
DIFERENCIA DE COSTOS POR LA COMPRA, SI SE HUBIERA RECIBIDO
CALIDAD NORMAL ?
EJERCICIO

100
Cálculo de Fh
Fcz =
a) PF = PB x Fh x Fcz
a) Fh = (103 – 5)/100 = 0.98
Fh =
(115 – 20)/100 = 0.95Fcz =
a) PF = $ 120/KG.x 0.98 x 0.95 = $ 111.72/KG.
b) Fh = (103 - 4)/100 = 99/100 = 0.99
115 – 12 = 103/100 = 1.03Fcz =
b) PF = $ 120/KG. x 0.99 x 1.03 = $ 122.364/kg.
Valor total aplicando factores = 111.72 x 2,000,000 + 122.364 x 2,800,000 = 566.1 M$
Valor total normal = $ 120.0/ kg x 4´800,000 = 100 M$ + 140 M$ = 576 M$
Diferencia total = 576 - 566.1= 9.9 M$ /mes a favor del comprador por inferior calidad suministrada
(115-Cenizas)
Humedad total Menor del 3%
Cenizas Inferior al 15%
(103 - Ht)
100
PRIMER MES = 2,000 TONELADAS H = 5 % y CZ = 20 %
SEGUNDO MES = 2,800 TONELADAS, H= 4 % y CZ = 12 %,

• Manejo de carbón
• Trituración y
• Molienda
Impactos producidos en el manejo, transporte y preparación del carbón:
Acarrean contaminación atmosférica de polvos y ruido
en el transporte y en el procesamiento del mismo
IMPLICACIONES DEL TRANSPORTE DEL CARBÓN
Deterioro ambiental en cuanto implica:
• accidentalidad y congestión vial,
• deterioro de carreteras,
• contaminación atmosférica por
emisiones de gases de combustión
de automotores de transporte,
• polvillo de carbón y
• resuspensión de polvos en vías destapadas.
El transporte debe ser cubierto
para impedir emisión de polvillo
o riego de carbón en las vías.
Los niveles de ruido en zonas de molienda son de los
más altos de las plantas
MANEJO DEL CARBÓNMANEJO DEL CARBÓN
Entre minas, centros
de acopio y plantas

Impactos en el
almacenamiento
Los efectos contaminantes del patio de carbón se minimizan con:
• Implantación de barreras cortaviento naturales o artificiales
• Un eficaz manejo del patio que asegure la compactación oportuna de las pilas
• Oportuno control de aguas lluvias y escorrentías con drenajes y obras de estabilización.
• Atmosférica por el viento
• Hídrica por lixiviados (azufre, hierro y sólidos)
• Las escorrentías de aguas sobre las pilas de
carbón producen contaminación de las fuentes.
Efluentes
• Hierro
• Trazas de metales pesados
(Cromo, mercurio y magnesio)
Altos niveles
de ruido
• Descargue
• Manipulación
Conta-
minación
Actividad microbiana
y química

Mina el Cerrejón - Guajira

CARACTERIZACIÓN DE UN
COMBUSTIBLE LÍQUIDO

Crudo
Torre Atmosférica
Torre de Vacío
LPG
GASOLINA
GASÓLEOS
FONDOS DE VACIO
Gas
Crudo Reducido
GENERALIDADES - ESQUEMA BÁSICO DE REFINACIÓN
Gasolina
90-400°F )
Nafta
(150-300°F )
Kerosene
(300-480°F )
Pool residual
FUEL OIL # 6
GASÓLEOS
(Aceite Residual 5 & 6)
(600-1,000°F )
Destilado
No.2
(325-700°F )
vacío
∅ (1.2-1.8) m.
H (24 – 30) m.
Proceso llamado
Straight-run phisical
(70 -1,000) °F
(Topping) (Vacío, Cracking térmico, Catalítico)
(2,000-3,000 SSF @ 122°F )
Dimensión típica
de la torre
∅
H
Crudo des-
deshidratado
y desalado
Horno (780°F)
Horno
(780°F)
El fuel oil obtenido se ajusta con aceite liviano de ciclo
a las condiciones de viscosidad de 300 SSF a 300°F
El fuel oil obtenido se ajusta con aceite liviano de ciclo
a las condiciones de viscosidad de 300 SSF a 300°F
ACEITE LIVIANO DE CICLO
Para extraer la mayor cantidad de productos
por destilación, se repite el proceso en una
torre que opera a presión de vacío.

RESUMEN DE CLASIFICACIÓN DE LOS
FUEL OIL SEGÚN LA ASTM
GRAVEDAD °API
1010
1212
1616
6
1818
2222
5
2424
2828
4
3030
3434
2
GRADO
4444
CRUDOS
10
8
6
4
2
0
3636
1
Aceites
residuales
de refinería
Aceites destilados para quemadores tipo mar-
mita de vaporización.
Aceites destilados para quemadores de propo-
sitos generales de calentamiento que admiten
aceites de este tipo.
Aceites por lo general no requieren calentamiento.
Se utilizan para quemadores de proposito general
como para calentamiento de agua.
Pueden requerir calentamiento dependiendo del
clima y tipo de quemador.
Requieren calentamiento para manejo y quemado
Los aceites se clasifican de acuerdo a
la gravedad API AMERICAN PETROLEUM
INSTITUTE (densidad empirica)
Los crudos también se enalizan
de acuerdo a esta clasificación
Existe una relación entre la
gravedad API y la densidad
del crudo o fuel oil.

CLASIFICACIÓN POR GRADOS DEL ACEITE
0
2
6
7
8
9
10
11
12
13
14
16
18
19
20
24
26
28
30
1.076
1.059
1.029
1.021
1.014
1.007
1.000
0.993
0.980
0.979
0.972
0.959
0.946
0.940
0.934
0.910
0.898
0.887
0.876
Relación API y gravedad específica, SG. Esta última se define como la densidad del aceite respecto a la densidad del agua.
La densidad varía con la temperaura. Se definió 60°F, como la temperatura de comercialización internacional de los hidro-
carburos. 60/60, significa que una "camisa" de agua a 60°F, mantiene la temperatura del aceite a 60°F.
SG F.OIL # 2 =
141.5
131.5 + API
SG = Specific Gravity
API = Gravedad API°
------
Muestra
de aceite
Densímetro
Valor de
densidad
GRADO GRAVEDAD API GRAVEDAD ESPECÍFICA 60/60
Crudos pe-
sados fuel
oil
residuales
6
Crudos
semilivianos
o fuel oil 4
Crudos
livianos y
muy livianos
o fuel oil 3,2
SG F.OIL # 2 =
141.5
131.5 + 24
SGF.OIL # 2 = 0.91
La gravedad específica se
mide con un gravitómetro
o un densímetro, el cual
se introduce sobre la mue-
stra de aceite. El gravitó-
metro penetra dentro del
aceite y la columna de es-
te que coincide con la
marca sobre el vidrio, es
la SG.

Gravedad API, Gravedad Específica
El peso de un líquido en lb/gal, es la densidad del líquido. La relación de
densidad de cualquier líquido a la densidad del agua, es llamada
gravedad específica del líquido. Algunos la llaman densidad relativa.
5.13160/60APIGravedad
141.5
+°
=
F
EspecíficaGravedad
CARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADESCARACTERIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES
DE LOS ACEITES PESADOSDE LOS ACEITES PESADOS
Agua @ 60°F
= 8.33 lb/gal.
ρ
agua
= Gr.Esp.
aceiteρ
ρaceite

La viscosidad de un aceite es la medida de su resistencia a fluir. En
otras palabras, se refiere a la consistencia, “su grosor”. La viscosi-
dad es quizá la especificación mas importante para el manejo y com-
bustión de los aceites combustibles.
Viscosidad
IMPORTANTE: Desde el punto de vista de la combustión, es eficiente conocer la
viscosidad de quemado del aceite.
Calentamiento, manejo, bombeo y combustión
• <1000 s SSU (1.77 mm) @100ºF y
• >1000 s. SSF (3.15 mm@ 120ºF
CARACTERIZACIÓN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES
La adecuada viscosidad: Optimiza el manejo, bombeo y atomización de
un combustible
Una viscosidad demasiado alta, dificulta la atomización y bombeo.
El rango óptimo de bombeo es 4,000 a 5,000 SSU
y de atomización es (100 - 200) SSU. La viscosidad indica también el grado
de calor que se requerirá para que fluya.

SO3
Punto Rocio
% v, Oxigeno en Gases
0 1 2 3
Basado en
un fuel oil
de 2.4 % de
S en peso
175 350
150
125
100
75
50
300
250
200
150
100 10
15
20
25
30
35
SO3
Ppm
en
gases
Fuente: North American Mfg. Co.
°F°C
TemperaturaPuntodeRocío
235
270
VARIACIÓN DE PUNTO DE ROCÍO VERSUS EXCESO DE OXIGENO
EN GASES DE COMBUSTIÓN
31
24

PUNTO DE CHISPA/COMBUSTIÓN
REGLAS DE SEGURIDAD COMO MÍNIMOS RECOMENDADOS:
1. ACEITES CON UN PUNTO DE CHISPA DE 100°F (CC), NO DEBEN PRECALENTARSE.
O ACEITES CON PUNTOS DE CHISPA POR DEBAJO DE 100°F, ES MENOS RECOMEN-
DABLE CALENTARLOS
2. CUALQUIER ACEITE A PRECALENTAR, DEBE HACERSE HASTA EL PUNTO DE CHIS-
PA. (MÍNIMO 120-150°F). PUNTOS DE CHISPA MENORES DE 120°F, CAEN EN RANGO
DE RIESGO.
EL PUNTO DE CHISPA O FLASH POINT DE UN COMBUSTIBLE, ES LA TEMPERA-
TURA A LA CUAL SUS GASES HACEN IGNICIÓN POR UNA FUENTE DE ENERGÍA
EXTERNA, SIN MANTENERSE LA COMBUSTIÓN.
LÍQUIDO
VAPOR
CARACTERIZACIÓN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES

La potencia de un combustible se denomina poder calorífico. La den-
sidad del combustible es función inversa de su poder energético. Su
potencia se da en unidades térmicas, calorías o julios.
PODER CALORÍFICO
El cliente compra sustancialmente calor. El fuel oil es uno de
los combustibles procesados mas potentes que consume la
industria. Tiene 153,000 Btu/galón.
Un combustible posee dos denominaciones: calor alto y calor
bajo. Se denominan también gross y neto
ALTO: SE LLEVAN LOS GASES Y EL VAPOR DE AGUA A CONDICIÓN LIQUIDA
BAJO: SE MANTIENE LOS GASES Y EL VAPOR DE AGUA, COMO GASES
CARACTERIZACIÓN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES

Contenido de sulfuros (Azufre)
DETERMINACIÓN DEL AZUFRE POR EL METODO DE LA EPA PARA EL FUEL
OIL (lb de SO2/MBtu)
LA EPA DETERMINA UN FACTOR DE EMISIÓN:LA EPA DETERMINA UN FACTOR DE EMISIÓN:
S = % DE AZUFRE EN EL FUEL OIL (lb/1000 galones)
lb de SO2/1,000 galones = 157 * % azufre
= 157 * 1.45 % = 227.65 lb de SO2/1,000 galones
lb de SO2/MBtu = 227.65 lb de SO2/1,000 galones * 6.7 galones/MBtu
= 1.52 lb de SO2/MBtu
DURANTE LA COMBUSTIÓN, LOS SULFUROS FORMAN EL DIÓXIDO Y
TRIÓXIDO DE AZUFRE. ESTOS GASES SE OXIDAN POR EL OXÍGENO Y
CON LA HUMEDAD PRESENTE, FORMAN EL ÁCIDO SULFUROSO Y
SULFÚRICO
EPA EMISSION FACTOR RATING FOR FUEL OIL = 157 S
CARACTERIZACIÓN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES

CURVA REOLÓGICA DEL FUEL OIL
TEMPERATURA
V
I
S
C
O
S
I
D
A
D
T1(100)
R1
ZONA PARA BOMBEO ÓPTIMO
INTERPOLACIÓN
TEMPERATURA
DE BOMBEO
(SSU1, T1)
TEMPERATURA DE
ATOMIZACIÓN
ZONA PARA ATOMIZACIÓN
ÓPTIMA
ASTM STANDARD VISCOSITY TEMPERATURE
ASTM CHARTS D 341-33SSU
150
3000
91 10030 40
T2 (212)
SSU1
SSU2
(300)
°C
°F
15
5000
Determine las temperaturas
de manejo y combustión pa-
ra un crudo de 350 SSF a 122ºF
SSF

LAS SALES METÁLICAS SE INCRUSTAN EN DISTINTAS
ÁREAS DE LA CALDERA, DEPENDIENDO DEL PUNTO DE
FUSIÓN, PRODUCIENDO CORROSIÓN BAJO DEPÓSITO,
Las cenizas se forman por compuestos
minerales y orgánicos, presentes en los
crudos que se concentran en los aceites
residuales por el proceso de refinación
Se incrementan con los asfaltenos luego
de la combustión. Los aceites residuales
pueden contener como 0.1 % w.
CARACTERIZACIÓN DE LOS ACEITES COMBUSTIBLES

PÉRDIDA APARENTE DEL CALOR POR CALENTAMIENTO
1. LOS CLIENTES MIDEN LA CANTIDAD DEL COMBUSTIBLE GASTADO Y EL COSTO DEL COMBUSTIBLE
2. EL PODER CALORIFICO DE UN GALON DE COMBUSTIBLE, VARIA CON LA TEMPERATURA.
EN OTRAS PALABRAS, SI EL ACEITE ES CALENTADO A UNA ALTA TEMPERATURA, EL GA-
LON DE ESTE SE EXPANDE Y SU PODER CALORIFICO SERÁ MENOR.
3. DE ESTA MANERA AL CALENTAR Y MEDIR LOS GALONES CONSUMIDOS, APARENTEMENTE
HAY UNA PERDIDA DE CALOR, SI NO SE HACE EL AJUSTE.
GRADOS API
@ 60°F
Btu/g
0 30 60 90 120 150 180 210 240
153,570
154,8606
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
152,280
151,000
149,720
148,440
147,160
145,880
144,600
143,420
142,140
140,950
139,660
°F
API 14 @ 60°F
149,720 Btu/g
API 22 @ 210°F
144,600 Btu/g
1
1
2
2

REGLA DE ORO PARA AIRE DE COMBUSTIÓN
BTU/ PIE 3
106.1
107.5
106.1
104.6
102.1
101.2
103.0
104.2
103.2
99.3
97.8
96.2
104.4
COMBUSTIBLE
GAS NATURAL
PROPANO
BUTANO
GASOLINA
DESTILADO #1
DESTILADO #2
FUEL Oil # 4
FUEL Oil # 5
FUEL Oil # 6
CARBÓN BITUMINOSO
CARBÓN ANTRACITA
COKE
GAS DE COKERÍA
= 1,439 pie3/g.
1 GALÓN DE CRUDO LIVIANO = 140,000
Btu/g.
RUBIALES =
150,000 Btu/g.
104.2 Btu/pie 3
OXIDAN 1 PIE 3 DE GAS NATURAL10 PIES 3 DE AIRE
1 PIE 3 DE AIRE DESPRENDEN 100 BTU EN BRUTO DE CALOR
1 GALÓN DE CRUDO LIVIANO REQUIERE ???? PIES 3 DE AIRE PARA QUEMAR
1 GALÓN DE FUEL OIL REQUIERE 1482 PIES 3 DE AIRE PARA QUEMAR
= 1,482 pie3/g.FUEL OIL =
153,000 Btu/g.
103.2 Btu/pie 3
= 1,383 pie3/g.CRUDO LIVIANO =
140,000 Btu/g.
101.2 Btu/pie 3

CARACTERÍSTICAS DEL FUEL OIL # 5 Y 6
Flash Agua & Cenizas SSU SSF Cs Cs
Point Sedimento % W. 100ºF 100ºF 100ºF 122ºF
# ºF (ºC) % Vol. Max.
Mínimo Máximo Min. Max. Min. Max. Min. Max. Min. Max.
130 1.0 0.10 350 750 23 40 75 162 42 81
(55)
5
6 150 2.0 - 900 9,000 45 300 198 1,980 92 638
(65)
Btu/galón (32 ºF) =
- BOMBEO 371
- ATOMIZACIÓN 996
BOMBEO ATOMIZACIÓN
SSU SSU
FUEL OIL # 6 2,000 (449 Cs) 100 (20.7 Cs)

Propiedades de los hidrocarburos
°API
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
1.076
1.060
1.044
1.029
1.014
1.000
0.986
0.976
0.959
0.946
0.934
0.922
0.910
0.898
0.887
0.876
0.865
0.855
0.845
0.835
0.825
0.816
0.806
Gravedad
Específica,
60/60
Lb/gal.
8.969
8.834
8.704
8.577
8.454
8.335
8.219
8.106
7.996
7.889
7.785
7.683
7.585
7.488
7.394
7.303
7.213
7.126
7.041
6.958
6.877
6.798
6.720
Btu/gal.
160,426
159,038
157,692
156,384
155,115
153,881
152,681
151,515
150,380
149,275
148,200
147,153
146,132
145,138
144,168
143,223
142,300
141,400
140,521
139,664
138,826
138,007
137,207
8.359
8.601
8.836
9.064
9.285
10.00
10.21
10.41
10.61
10.80
10.99
11.37
11.55
11.72
11.89
12.06
12.47
12.63
12.78
12.93
13.07
-
-
% H, Peso
0.045
-
-
0.048
0.050
0.051
0.052
0.054
0.056
0.058
0.060
0.061
0.063
0.065
0.067
0.069
0.072
0.074
0.076
0.079
0.082
0.085
0.088
Correc. Temp.
°API/°F
1,581
-
-
1,529
1,513
1,509
1,494
1,478
1,463
1,448
1,433
1,423
1,409
1395
1,381
1,368
1,360
1,347
1,334
1,321
1,309
-
-
Aire/gal.
@ 60°F
% de CO2
último
-
-
18.0
17.6
17.1
16.7
16.4
16.1
15.8
15.5
15.2
14.9
14.7
14.5
14.3
14.0
13.8
13.6
13.4
13.3
13.1
13.0
12.8
Aceite
# 6
Aceite
# 5
Aceite
# 4
Aceite
# 2
Aceite
# 1
North american
combustion handbook

Coeficientes de expansión térmica
para los hidrocarburos
°API @ 60°F Gravedad específica
@ 60°F
Volumen específico
gal./libra
Coeficiente
(Por °F)
Coeficiente
(Por °C)
Menos de 14.9
15.0 - 34.9
35.0 - 50.9
51.0 - 63.9
64.0 - 78.9
79.0 - 88.9
89.0 - 93.9
94.0 - 100.0
Mayor de 0.9665
0.8504 – 0.9659
0.7758 – 0.8504
0.7242 – 0.7753
0.6725 – 0.7238
0.6420 – 0.6722
0.6278 – 0.6417
0.6112 – 0.6275
Menos de 0.124
0.1411 – 0.1242
0.1547 – 0.1411
0.1657 – 0.1547
0.1784 – 0.1658
0.1869 – 0.1785
0.1911 – 0.1870
0.1963 – 0.1912
0.00035
0.00040
0.00050
0.00060
0.00070
0.00080
0.00085
0.00090
0.00063
0.00072
0.00090
0.00108
0.00126
0.00144
0.00153
0.00162

Ejemplo 4: Un fuel oil de 15° API, es calentado (para bombearlo) desde 32°F a 138°F
en un calentador en la succión del tanque, utilizando vapor saturado seco de 10 psi. Las
pérdidas de calor en las líneas aisladas causan que la temperatura baje de 138 a 120°F
entre el tanque y el horno. Para atomizarlo se debe calentar desde 120 a 212°F por medios
eléctricos. Si el flujo a través del calentador del tanque es de 130 gph, que tanto vapor se
condensará ?
FUEL OIL, 15°API
FILTROS
CIRCUITO DE
RETORNO
TEMPERATURA
(32 – 138)°F
BOMBA
130 gph
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
Horno
PI
AGUAS
ACEITOSAS
TEMPERATURA
(120 – 212)°FTANQUE DIARIO
CONDEN-
SADO A
RECUPE-
RACIÓN
MALLA
# 60-100
VAPOR DE 10 PSI
TALUD
CALENTADOR
ELÉCTRICO
TEMPERATURA
(138 - 120)°F
NIVEL
PI
32
60
100
120
140
160
180
200
220
240
260
10 15 20 25 30 35 40 GRAVEDAD API°
T
E
M
P
E
R
A
T
U
R
A
0 0 0 0 0 0 0
95 93 92 90 89 87 86
310 305 300 295 290 286 281
384 378 371 366 360 355 349
460 453 445 438 431 425 418
538 529 520 511 503 496 488
617 607 596 587 577 569 560
697 686 674 663 652 643 633
779 766 753 741 729 718 707
862 848 833 820 807 795 783
Contenido de
calor, del combus-
tible líquido
Btu/gal.
237 233 229 226 222 219 215
654.4

Ejemplo: Un fuel oil # 6 de 15° API, es calentado (para bombearlo) desde 32°F a 138°F
en un calentador en la succión del tanque, utilizando vapor saturado seco de de 10 psi.
Para atomizarlo se calienta desde 120 a 212°F por calentadores eléctricos. Las pérdidas
de calor en las líneas aisladas causan que la temperatura baje de 138 a 120°F entre el
tanque y el horno. Si el flujo a través del calentador del tanque es de 130 gph, que tanto
vapor se condensará ?
FUEL OIL # 6
FILTROS
CIRCUITO DE
RETORNO
TEMPERATURA
(32 – 138)°F
BOMBA
130 gph
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
Horno
PI
AGUAS
ACEITOSAS
TEMPERATURA
(120 – 212)°FTANQUE DIARIO
CONDEN-
SADO A
RECUPE-
RACIÓN
MALLA
# 60-100
VAPOR DE 10 PSI
TALUD
CALENTADOR
ELÉCTRICO
TEMPERATURA
(138 - 120)°F
NIVEL
PI
305 378
120
140
138
140 – 120
378 – 305
=
138 – 120
x – 305
x =
73 x 18
20
+ 305 = 370.7 Btu/gal.
Lo anterior significa que para que el combustible de 15°API, esté a 138°F para bombeo,
tiene un potencial de calor de 370.7 Btu por galón.
Verificación tabla

Ejemplo: Un fuel oil # 6 de 15° API, es calentado (para bombearlo) desde 32°F a 138°F
en un calentador en la succión del tanque, utilizando vapor saturado seco de de 10 psi.
Para atomizarlo se calienta desde 120 a 212°F por calentadores eléctricos. Las pérdidas
de calor en las líneas aisladas causan que la temperatura baje de 138 a 120°F entre el
tanque y el horno. Si el flujo a través del calentador del tanque es de 130 gph, que tanto
vapor se condensará ?
FUEL OIL # 6
FILTROS
CIRCUITO DE
RETORNO
TEMPERATURA
(32 – 138)°F
BOMBA
150 gph
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
Horno
PI
AGUAS
ACEITOSAS
TEMPERATURA
(120 – 212)°FTANQUE DIARIO
CONDEN-
SADO A
RECUPE-
RACIÓN
MALLA
# 60-100
VAPOR DE 10 PSI
TALUD
CALENTADOR
ELÉCTRICO
TEMPERATURA
(138 - 120)°F
NIVEL
PI
De las tablas de vapor saturado, para vapor de 10 psi, (14.69 + 10 = 24.7 psia) el vapor tiene las
siguientes características:
240 24.97 208.44 952.3 1160.7
Temp. °F Presión, psia.
h líquid,
Btu/galón.
h vaporización,
Btu/galón.
h vapor saturado,
Btu/galón.
250 29.82 218.59 945.6 1164.2
Tabla de vapor saturado

Ejemplo: Un fuel oil # 6 de 15° API, es calentado (para bombearlo) desde 32°F a 138°F
en un calentador en la succión del tanque, utilizando vapor saturado seco de 10 psi.
Para atomizarlo se calienta desde 120 a 212°F por calentadores eléctricos. Las pérdidas
de calor en las líneas aisladas causan que la temperatura baje de 138 a 120°F entre el
tanque y el horno. Si el flujo a través del calentador del tanque es de 130 gph, que tanto
vapor se condensará ?
FUEL OIL # 6
FILTROS
CIRCUITO DE
RETORNO
TEMPERATURA
(32 – 138)°F
BOMBA
130 gph
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
Horno
PI
AGUAS
ACEITOSAS
TEMPERATURA
(120 – 212)°FTANQUE DIARIO
CONDEN-
SADO A
RECUPE-
RACIÓN
MALLA
# 60-100
VAPOR DE 10 PSI
TALUD
CALENTADOR
ELÉCTRICO
TEMPERATURA
(138 - 120)°F
NIVEL
PI
Con la rata de demanda de fuel oil (15 API), de 130 gph, la energía por hora que lleva será de:
370.7 Btu/gal. x 130 gph = 48,191 Btu/h
Con vapor de 952.3 Btu/lb, se requerirán:
(48,191 Btu/h)/952.3 Btu/lb = 50.51 lb/hora
Si la demanda máxima del
horno es de 130 gph, cuál es
el consumo de potencia eléc-
trica y su costo si opera 24
horas durante los 5 días de
la semana y el costo de la
energía es de $ 280 /kwh

Ejemplo: Un fuel oil # 6 de 15° API, es calentado (para bombearlo) desde 32°F a 138°F en
un calentador de la succión del tanque, usando vapor saturado seco de 10 psi. Si el flujo
a través del calentador del tanque es de 150 gpm, que tanto vapor se condensará ?
Para atomizarlo y quemarlo, se calienta desde 120 a 212°F a través de calentadores eléc-
tricos. Las pérdidas de calor en las líneas aisladas causan que la temperatura baje de 138 a
120°F entre el tanque y el horno. Si el horno consume 130 gph con eficiencia del 90 %, cúal
debe ser la potencia del calentador eléctrico ?
FUEL OIL # 6
FILTROS
CIRCUITO DE
RETORNO
TEMPERATURA
(32 – 138)°F
BOMBA
130 gph
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
Horno
PI
AGUAS
ACEITOSAS
TEMPERATURA
(120 – 212)°FTANQUE DIARIO
CONDEN-
SADO A
RECUPE-
RACIÓN
MALLA
# 60-100
VAPOR DE 10 PSI
TALUD
CALENTADOR
ELÉCTRICO
TEMPERATURA
(138 - 120)°F
NIVEL
PI
Si la demanda máxima del
horno es de 130 gph, cuál es
el capacidad en kw del calen-
tador necesaria si el calentador
tiene una eficiencia del 90 % ?
Con el aceite a 120°F (por pérdidas), el calentador eléctrico, debe suministrar calor
a una rata de demanda (15 API) de 130 gph, hasta una temperatura de 212°F.
De la tabla anterior, el calor latente del aceite a 120°F es 305 Btu/gal. a 212°F, el calor del
específico del aceite es de 654.4 Btu/gal.
Energía tomada por el aceite para pasar desde 120 a 212°F, será
Btu/gal. = (654.4 – 305) Btu/gal.
= 349.4 Btu/gal.
Energía de calor total será = 130 gal./h x 349.4 Btu/gal. = 45,422 Btu/h;
Potencia = (45,422 Btu/h)/(3,413 Btu/kwh x 0.9) = 14.8 kwh
Costo/ semana = 14.8 kwh x 24 h/díax 5 días/sem
x $ 280 / kwh = $ 497,280 /sem

METODOS DE CORRECCIÓN
• ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS
• API (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE)
• IP (INSTITUTE OF PETROLEUM)
MANUAL OF PETROLEUM
MEASUREMENT STANDARDS
5B - Corrección de la gravedad API observada contra la gravedad API @ 60ºF
6B- Corrección de volumen @ 60ºF contra la gravedad API @ 60ºF
Para convertir
Peso Neto
a
Galones Netos
ƒ (Gravedad API) (peso/galón @ 60ºF (Tablas)

Es necesario obtener de una muestra representativa del aceite,
la gravedad.
Precisión de la medida = f (ºAPI, TEMPERATURA)
CORRECCIÓN POR VOLUMEN A GALONES NETOS
60º F
GALONAJE NETO SERÁ
MENOR QUE EL GALONAJE
BRUTO
GALONAJE NETO SERÁ
MAYOR QUE EL GALONAJE
BRUTO
LOS ACEITES SUFREN EXPANSIÓN Y
CONTRACCIÓN TÉRMICA POR ELLO
UNIVERSALMENTE SON VENDIDOS A
UNA TEMPERATURA ESTÁNDAR DE 60° F
COEFICIENTE DE FACTOR DE EXPANSIÓN:
CORRIGE EL VOLUMEN A LA TEMPERATURA
ESTANDARIZADA DE 60ºF, DESDE UNA
TEMPERATURA DADA.

EJEMPLO: SE RECIBEN 8,000 GALONES DE UN FUEL OIL A 85ºF Y 21º API, OBTENGA EL
VOLÚMEN NETO ESTANDAR ?
TABLA 6B FACTOR DE CORRECCIÓN POR VOLUMEN PARA 85 ºF (29.5°C)
Y 21º API = 0.9897
GALONAJE NETO @ 60ºF 8,000 galones x 0.9897 = 8,412.45 galones
Si la temperatura del mismo crudo está a 50ºF.
De tabla 6B (50ºF, 12º API) = 1.0041
Galones netos 60ºF 8,000 x 1.0041 = 8,032.8 galones
Temp.
°F
API GRAVITY AT 60 F
20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0
75.0
75.5
76.0
FACTOR FOR CORRECTING VOLUME TO 60 F
0.9939 0.9938 0.9938 0.9938 0.9938 0.9937 0.9937 0.9936 0.9936 0.9936 0.9936
TABLE 6B. GENERALIZED PRODUCTS
85.0 0.9897 0.9897 0.9897 0.9896 0.9896 0.9895 0.9895 0.9894 0.99894 0.9894 0.9893
90.0

LOS TIPOS DE PROCESOS DE REFINACIÓN Y LAS MEZCLAS DE
CRUDOS, CAMBIAN LA COMPOSICION FÍSICA Y QUÍMICA DE LOS
ACEITES RESIDUALES.
ESTOS CAMBIOS PRODUCEN UN COMBUSTIBLE SUJETO A LA
INESTABILIDAD.
NO HAY PREGUNTAS HOY DIA QUE NO TENGAN QUE VER CON LOS A-
CEITES PESADOS, RESPECTO A LA PRODUCCIÓN Y MANEJO DE LOS
LODOS, AL MEJORAMIENTO DE LA COMBUSTIÓN Y AL CONTROL DE
EMISIONES.
TRATAMIENTO DEL COMBUSTIBLE LÍQUIDO
Si otros productos derivados de los hidrocarburos tienen aditivos para su
tratamiento, PORQUÉ NO UN FUEL OIL/CRUDO COMBUSTIBLE ?

ENEMIGOS DE LA CONFIABILIDAD DE LOS
HORNOS Y CALDERAS CON
COMBUSTIBLE LÍQUIDO
• AGUA (ACARREOS, PROCESO, VENTEOS
Y CALENTADORES)
• PARTÍCULAS SÓLIDOS (COMPUESTOS QUÍMICOS)
HUMEDAD
CALOR
OXIDACIÓN
LODOS
(SLUDGES)
SOLVENTESSOLVENTES
• PEQUEÑAS DÓSIS, NO DISUELVEN
• GRANDES CANTIDADES, DISUELVEN
UN POCO LOS LODOS, NO SIENDO
ECONÓMICO
• NO MEJORA LA COMBUSTIÓN
• AUMENTA EL RIESGO DE EXPLOSIÓN
FUEL OIL
SLUDGES
BOTELLA
METÁLICA
RECUBRIMIENTO
DE ACERO

TANQUE
NO TRATADO TRATADO
POR QUÉ TRATAR EL FUEL OIL ?POR QUÉ TRATAR EL FUEL OIL ?
• ESTRATIFICACIÓN
• LODOS
• AGUA
• FLUJO DE SUMINISTRO NO UNIFORME
• LIMPIEZA MANUAL
• REDUCIDA CAPACIDAD DEL TANQUE
• PÉRDIDA DE CONTENIDO DE BTU
• CORROSIÓN

5B - Corrección de la gravedad API observada contra
la gravedad API @ 60ºF
6B- Corrección de volumen @ 60ºF contra la gravedad
API @ 60ºF
LA TABLA 5B,SE USA PARA CORREGIR LA GRAVEDAD
OBSERVADA Y LA TEMPERATURA CORRESPONDIENTE
@ 60ºF.
LA TABLA 6B, SE USA PARA OBTENER EL COEFICIENTE
DE FACTOR DE EXPANSIÓN CON LA GRAVEDAD Y LA
TEMPERATURA, PARA CONVERTIR GALONES BRUTOS
A NETOS.
CORRECCIÓN POR VOLUMEN
A GALONES NETOS

Bucaramanga
Payoa
Provincia
Centro/opon
50
25
25
CIB
CENTRAGAS
TEBSA
CAR
110 MPCSD
• BCA
• TERMO
• FERTICOL
• UNIBON
• PARAFINAS
Turboexpander
DIAFLUJO DE GAS NATURAL
BALLENAS
Otros consu-
midores
Térmicos(TC)
• Cusiana
• Apiay
310
200 Mw
200,000 kw x 3,413 Btu/kwh x
1,000 Btu/pie3
1 = 0.682 MPCSh x 24 h/día = 16.4 MPCSD
350
15
580
11
150
Ocoa
(40 MPCD-2003
APC&DUSA, 1100
US – IB-SEQUIA)
Centro Operacional
Barrancabermeja
Occidente
Occidente
Centro
del país
Centro
del país
100

Propiedades físicas de
algunos gases
Fuel
gas
Densidad
relativa
Poder
calórico alto
MJ/m3
Relación
aire/gas
m3
aire/m3
gas
Temperatura
inflamación
°C
Velocidad
de la llama
m/s
Límites de
inflamabilidad
%
Gas de proceso
Gas natural
Propano
Butano
Acetileno
0.5
0.6
1.52
1.95
0.91
18.62
38.6
93.13
119.20
53.94
5
10
25
32
12
1982
1954
1967
1973
2632
0.66
0.29
0.46
0.87
2.66
5-40
4-14
2-10
2-9
2.5-81
9.486 x 10-4 Btu
J
38.6 MJ
m3Gas natural = x = 36,615.9 Btu/m3
x 1
35.31 ft3
/m3
= 1,036.84 Btu/ ft3

GAS NATURAL POR CAMPOS
METANO (CH4= 16.04)
ETANO (C2H6= 30.07)
PROPANO (C3H8= 44.09)
I-BUTANO (iC4H10= 58.12)
N-BUTANO (nC4H10= 58.12)
PENTANO+ (C5H12= 72)
NITROGENO (N2 = 28.01)
DIÓXIDO DE CARBONO
(CO2= 44.01)
97.96
0.38
0.20
0.00
0.00
0.00
1.29
0.37
96.98
0.58
0.18
0.09
0.03
0.10
1.98
0.06
91.79
4.36
1.83
0.13
0.53
1.04
0.00
0.32
OPÓNGUEPAJÉGUAJIRA
86.20
8.45
1.18
0.12
0.11
0.00
0.77
3.17
APIAY
85.06
6.18
2.84
0.46
0.69
0.43
1.13
3.21
HUILA CUSIANA PAYOA
75.68
11.15
4.70
0.78
0.95
0.63
0.91
5.20
90.29
6.47
1.73
0.15
0.17
0.09
0.35
0.75
EL CENTRO
91.610
6.730
0.028
0.011
0.012
0.020
0.850
0.739
• PESO MOLECULAR
•GRAVEDAD ESPECÍFICA
• PODER CALORÍFICO
16.44 16.55 18.13 18.63 10.47 21.57 17.87 17.32
0.567 0.57 0.63 0.64 0.67 0.74 0.62 0.60
999 1,003 1114 1,057 1,095 1,162 1,084 1047
PM Guajira= (16.04 x 97.96/100)+(30.07 x 0.38/100)+(44.09 x 0.20/100)+(28.01 x 1.29/100) + (44.01x 0.37/100) = 16.44
Masa molar de aire = 28.97; Gravedad específicaGuajira = 16.44/28.97 = 0.567

P
PP
P 2
1 Atomización
Aire del Piloto
Gas
Circuito de Gas
P
2
QUEMADOR
CONTROL
MANUAL
GAS
PILOTO
RELACIONADOR
P
HPSLPS
Corte
Medida
Manual
PR
Sol.
RA
LPS
VCA
MA
VENTILADOR
DE AIRE
REGULADOR
A
Sol.
LPS
Fuente: North American Mfg. Co.

Gonzalo Rodríguez Guerrero
Tel. 2148243. Bogotá
Combustibles gaseosos
λ El gas natural
λ El gas propano

SEGURIDAD CON EL GAS PROPANO
Es incoloro e inodoro. Preventiva, se añade un olor químico de modo que pueda notarse.
A veces, las fugas pueden oírse y verse.
Olor: Característico(casa o negocio) o si está afuera, podría ser un tanque u gasoducto.
Sonido: Un ruido anormal tal como silbido podría ser señal de fuga de propano.
Vista: Las señales visibles de fuga incluyen niebla o nube blanca densa sobre el tubo o tanque
con presencia de hielo en el área congelada o burbujeo en área húmeda.
Evite prender fósforos, dar marcha a motores, uso de celular u otra cosa que produzca chispas.
Apague todas máquinas y equipos, si hay nube de propano rodeando un equipo. No entre en
contacto con la nube para apagarlo.
Como vapor: 1 litro de GLP pesa 2 gramos y 1 litro de aire pesa 1 gramo
Como líquido: 1 litro de GLP pesa 500 gramos, 1 litro de agua pesa 1,000 gramos.
El GLP se produce en estado de vapor y se convierte en líquido por compresión y enfriamiento simul-
táneo, necesitándose 273:1 (litro) (Gas LP - 90 % propano (C3H8) y 6% de butano (C4H10).
• Butano: - 0.5°C
• Propano: - 41°C
• GLP: - (20 - 25)°C

SEGURIDAD EN EL GAS PROPANO
El propano y butano se comercializa licuado y envasado en cilindros
metálicos En 1998, dos bomberos murieron y 7 lesionados cuando
un tanque de propano en llamas de 18,000 galones, explo-
tó en una granja avícola (Herrig Brothers-Albert City, Iowa)
Cuando los bomberos, llegaron, encontraron el tanque ro-
deado de llamas y varios metros de altura. El ruido del gas
que escapaba por las válvulas de presión era como estar
parado al lado de un avión con turbinas aceleradas”, dijo
un testigo. Minutos más tarde, pedazos pesados de metal
golpearon a las víctimas al explotar el tanque.
El incendio inició luego que dos niños en un vehículo “todo terreno” de la misma granja, chocaron contra la tubería de
propano que no tenía protección. La tubería superficial recorría desde el tanque hasta los vaporizadores, cuyos calentado-
res de combustible se ubicaban en un granero. El tanque de 42 pies de largo (12.8 m.) cilíndrico, contenía propano líquido
y vaporizado bajo presión. El tanque estaba a casi a la mitad de su capacidad al momento del incidente.
Sólo siete minutos después, el tanque en llamas de propano sufrió una ruptura completa, experimentando una Explosión
de Vapores Expandidos de Líquidos en Ebullición. (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion, BLEVE).
Qué es un BLEVE ??
Un BLEVE se produce cuando el fuego calienta el recipiente debilitándose las paredes del tanque de almacenamiento, par-
ticularmente en la región superior al nivel del líquido almacenado, en donde el enfriamiento es menos efectivo.
En algún punto, el tanque debilitado no pudo resistir más la presión interna y colapsa catastróficamente, impulsando frag-
mentos en varias direcciones.

SEGURIDAD EN EL GAS PROPANO
Son gases a temperaturas y presiones ambientes. Son líquidos a moderadas
presiones. Fácilmente se vaporiza. La presión de servicio estipulada para los
gases LP-Gases, esta basada en las presiones de vapor que ejerce el produc-
to sobre el contenedor a dos distintas temperaturas y la mayor presión de las
dos, es la de servicio.
240
Por ejemplo:
El propano comercial tiene una presión de vapor a 70°F de 132 psig
sin embargo, su presión de vapor a 130°F es de 300 psig.
De lo anterior, la presión de servicio (5/4 veces), no debe exceder
300 psig, esto es 300 psig/(5/4) = 240 psig.
De esta forma, el propano comercial, requiere al menos 240 psig
como presión de servicio en el contenenedor o cilindro
Válvula de seguridad
= (110-125) pres. mín, dis.
Presión
mínima
de diseño:
p.e, 300 psi
Presión vapor Presión mínima de diseño
80 psi 100
100 125
125 156
150 187
215 250
a) La presión en el contenedor a 70°F, debe ser menor que la
presión de servicio, para la cual el contenedor es marcado
b) La presión en el contenedor a 130°F, no debe exceder 5/4
veces, la presión para la cual el contenenedor es marcado

80% lleno de
propano líquido
GAS PROPANO - LP
20% de espacio
para vapor
En un cilindro a 175 psi, ebulle a 38°C
La presión del cilindro debe ser mayor
que la presión del líquido para que sea
líquido.
El propano líquido se vaporizará a cual-
quier temperatura por encima de –44°F
Al evaporarse ocupa 250 veces su volúmen
en forma líquida.
Las instalaciones con propano, deben tener
suficiente ventilación para evitar concentra-
ciones peligrosas
127
Un galón de propano líquido pesa 4.20 libras
@60°F.
(Ethil mercaptano)
INSTALACIÓN
NFPA PAMPHLET # 54
" " # 58
Detectores de gas propano
Explosividad = (2.15 – 9.6)% volumen
70°F 100°F
196 psig
2,488 Btu/p3
21,548 Btu/lb
91,502 Btu/gal,
después de va-
porizarse.
Sg 60°F, liquido = 0.504
Sg 60°F, vapor = 1.50
Tignición aire,°F, 920-1,120
Tllama, max,°F, 3,595
Peso molecular del aire @ 60°F = 26.96
Densidad del aire @60°F, 0%hr : 0.07632 lb/pie3
Densidad kg/m3 = 1.222, 0 % hr
Densidad del agua@60°F = 8.33 lb/gal.

EL BAGAZO
Análisis térmico al bagazo de la caña de azúcar
Centro de Estudios de Tecnologías Energéticas
Renovables (CETER). La Habana, Cuba.

EL BAGAZO
Es el resíduo que queda después del procesamiento de una planta,
por ejemplo después que se ha extraído el jugo de la caña de azúcar
Características del bagazo de caña como combustible
Es un material fibroso, heterogéneo en su composición granulomé-
trica y estructural. Es de baja densidad y alto contenido de humedad
a condiciones de la molienda.
Las cenizas del bagazo natural se consideran moderadas entre 2 y
5 % (base seca).
Análisis inmediato (b.s)
Carbono fijo 41,90 %
Volátiles 46,36 %
Cenizas (815ºC) 11,74 %
Contenido de cenizas
El bagazo de la caña aporta alrededor de 2,8 % de cenizas; y los residuos agrícolas cañeros,
9,5 aproximadamente.
SiO2 (%) : 82,71
Fe2O3 (%): 1.1
Al2O3 (%): 3,4
CaO (%): 3,0
MgO (%): 3.5
K2O+Na2O (%): 4.6
P2O5 (%): 1.7
MnO (%) : -

EL BAGAZO
Análisis elemental (% base seca).
Característica
• Carbono 42,54
• Hidrógeno 5,17
• Nitrógeno 0,63
• Azufre 0,30
• Oxígeno 39,62

EL BAGAZO
Especificación, Poder calorífico
(kcal/kg) (kJ/kg) (Btu/kg) (Btu/lb)
Superior (b.s.), 3,986 16,661.5 15,793 7,166
Inferior (b.s.), 3,715 15,528.7 14,719 6,678
b.s = base seca
Calor específico de combustión.
Bagazo: CECS. 19 000-19 900 kJ/kg
CECI: 17500-18900 kJ/kg
RAC: Si se considera como humedad promedio de los residuos agrícolas cañeros 25 %, después de ha-
ber transcurrido tres días de secado natural, se puede tener un valor aproximado de calor de combus-
tión, de:
CECI = 11,825 (kJ/Kg).
De cada hectárea cosechada anualmente, es posible obtener 13,5 t de bagazo, equivalentes
a 2,7 toneladas (3.72) de combustible equivalente (tce = 37,5 MJ/kg - (42 MKJ/Kg))

ANÁLISIS TERMODINÁMICOS A LAS MUESTRAS
Técnicas analíticas que estudian el comportamiento térmico de los materiales
Cuando un material es calentado o enfriado, su estructura y composición química sufre cambios:
fusión, solidificación, cristalización, oxidación, descomposición, transición, expansión, sinteriza-
ción, etc...Estas transformaciones se pueden medir, estudiar y analizar midiendo la variación de
distintas propiedades de la materia en función de la temperatura.
Entre las técnicas de análisis térmico se destacan:
• El Análisis Térmico Diferencial (DTA)
• La Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC),
• El Análisis Termomecánico (TMA),
• El Análisis Dinamomecánico (DMA),
• Las técnicas acopladas de análisis de gases involucrados en los procesos en estudio
• Técnicas EGA como la Termogravimetría acoplada a la Espectrometría de Masas
• La Espectroscopía Infrarroja (TG-IR), etc...
El Análisis Térmico Diferencial (DTA) es una técnica que mide la diferencia de temperatura en-
tre una muestra y un material de referencia (térmica, física y químicamente inerte) en función
del tiempo o de la temperatura cuando dicha muestra se somete a un programa de temperatu-
ra en una atmósfera controlada.

EL BAGAZO
La primera fase fue mas endotérmica, por
la evaporación y secado de humedad del
bagazo y desprendimiento de volátiles
más ligeros a temperaturas entre 100 y
110ºC.
Entre 110 y 170 ºC, se ve una
tendencia a absorber calor, se
supone que termina de produ-
cirse el desprendimiento de
los volátiles de productos de
degradación de bajo peso mo-
lecular.
Entre 170 y 290 ºC, inicia la
ruptura de enlaces molecula-
res, que no desencadenan nin-
guna reacción ostensible, con
algo de calor desprendido.
Entre 290 y 320ºC terminan de despren-
derse los volátiles más pesados que for-
man el bagazo, donde hay una fracción
de alquitrán (tar), que contiene residuos
de azúcar de alto peso molecular. A par-
tir de aquí comienza la despolimerización
de los volátiles pesados, aportando calor
entre 320 y 380ºC
Centro de Estudios de Tecnologías Energéticas
Renovables (CETER). La Habana, Cuba.
Al bagazo se le dio calor a 10ºC/min, con
un flujo inerte de N2 de 20 cc/min
ANÁLISIS TÉRMICO
DIFERENCIAL-N2 (ATD)

EL BAGAZO
Hasta 110ºC es endotérmica con eva-
poración y desprendimiento de volá-
tiles ligeros de bajo peso molecular.
Se observan picos exotér-
micos.
De 110ºC a 220ºC, ruptura de enlaces moleculares de
volátiles desprendidos en fase anterior y a su vez co-
mienza su oxidación abierta y desprendimiento de vo-
látiles pesados de alto peso molecular y alquitrán.
Entre 220 y 320ºC, hay total oxidación de
volátiles desprendidos: los más ligeros.
Entre 320 y 400ºC termina la
oxidación de los volátiles, se
asume que termina la forma-
ción del residuo carbonoso
(char), básicamente la degra-
dación de la lignina.
De 400 a 480ºC, ocurre oxida-
ción completa del char y que-
ma con resplandor.
Por encima de 480ºC, la quema ocurre
tal que los compuestos minerales y ce-
nizas absorben energía como calor, has-
ta que se retira el calentamiento.
ANÁLISIS TÉRMICO
DIFERENCIAL-AIRE (ATD)
Al bagazo se le dio calor a 10ºC/min, en
ambiente oxidante de aire de 20 cc/min

Granulometría
Depende de:
1. Grado de preparación que tenga la caña en la extracción de jugo
2. El número de juegos de cuchillas
3. Las desmenuzadoras y molinos,
4. La calidad de la caña
Al aumentar aquellos, aumentará el contenido de finos como resultado de la preparación de
la fibra. La presión y el grado de desgaste de los molinos son dos factores muy importantes
que se deben ir controlando durante la zafra, pues influyen en la granulometría del bagazo.
Una de las características más importantes de las biomasas cuando van a ser usadas es
tener una dimensión uniforme y lo más pequeña posible.
Para el caso del bagazo, presenta una característica muy singular: un mismo diámetro
del bagazo presenta longitudes muy variadas, ya que existen partículas en forma de fibras
muy alargadas y partículas fibrosas pero más cortas, cualidades que lo convierten en un
material muy polidisperso

EL BAGAZO
Conclusiones
Las velocidades de rotación de los motores que mueven los tornillos alimentadores, se ajustaron
de modo que se obtuviera mayor flujo posible de bagazo y la correspondencia del flujo para cada
valor de r.p.m. Se hizo una tabla de carga.
Secar el bagazo lo que mas se pueda, pues provocaba atascos en los tornillos y acumulación en la
misma tolva, impidiendo su bajada.
Cuando se inició la prueba, el bagazo tenía una humedad de 48 %, y poco a poco bajó hasta llegar a
18 %, que fue con la que se hizo la experiencia.
Hubo problemas con el tamaño del bagazo de caña. Se procedió a moler el mismo, a un tamaño de luz
de malla de 20 mm, que ayudó mucho al secado y al buen funcionamiento del sistema.
Se cambió la posición del tornillo principal. Al inicio estaba inclinado y se puso recto, introduciendo el
bagazo justo por encima del nivel del lecho. Se aumentó la extensión del husillo de este tornillo, por su
parte posterior, debido a los atascos producidos en esa zona, por la acumulación de bagazo.
Discusión
El horno se puso en marcha con fuel oil hasta alcanzar cierto nivel de temperatura en su interior, de mo-
do que garantice un ambiente para la metida del bagazo; se hizo con astilla de pino, por ser conocido
y trabajado. Cuando se alcanzó y estabilizó una temperatura en el lecho de más de 800ºC, se procedió a
comenzar la alimentación del bagazo de caña.

Características energéticas del uso de la biomasa cañera
La caña de azúcar exhibe índices ventajosos como lo siguiente:
1. Tiene un rendimiento potencial genético entre 200 y 300 t/ha, con un máximo teórico de
233 kg, que compara ventajosamente con otros cultivos
Como promedio pueden emplearse las siguientes relaciones de sustitución:
1. 5,2 toneladas de bagazo, 50 % de humedad, por tonelada de petróleo (39.7 MJ/kg).
2. Una tonelada de bagazo equivale a 231 m3 de gas natural.
3. Cuatro toneladas de paja equivalen a una tonelada de petróleo (calor de combustión de la
paja 30 % de humedad: 11,7 MJ/kg).
4. El valor calórico del bagazo (50% humedad) es de 7,64 MJ/kg, semejante al de la madera:
7,9 MJ/kg
Los procesos que emiten CO2 son: combustión del bagazo en la caldera, producción y
combustión de alcohol y la producción y combustión de biogas.
La cantidad de CO2 emitido durante la combustión del bagazo es de 0,885 kg de CO2/kg
de bagazo, con 50 % de humedad.

VENTAJA EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA CON EL USO DE LA BIOMASA
Un aprovechamiento a 85 % de la norma potencial de molida y de la capa-
cidad operacional de los turbogeneradores, permitiría una generación de
19,5 kW/h/t de caña molida
La modernización o cambio de calderas de vapor, para lograr una eficien-
cia térmica de 80 % a presiones de vapor de 40 kg/cm², posibilitaría llegar
a 27,5 kW/h/t de caña molida. Y si además, se sustituyen las turbinas de
contrapresión por turbinas de extracción-condensación, es posible llegar
hasta 33,5 kW/h/t caña molida.
Las centrales termoeléctricas de la industria azucarera, buscan aumentar
significativamente la generación de potencia eléctrica para sus procesos y
para venta a la red externa, objetivo al que se puede llegar instalando cal-
deras de vapor de presión (80 kg/cm²), iguales a las de centrales termoeléc-
tricas. Para este caso, debido al monto de la inversión, se requeriría produc-
ción de energía eléctrica durante todo el año para lograr un adecuado ROI

COMPARACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES
Centro de Estudios de Tecnologías Energéticas
Renovables (CETER). La Habana, Cuba.

TEORÍA DE LA COMBUSTIÓN
La naturaleza de la combustión solo fue entendida hasta
1774, cuando el químico frances A.L. Lavoisier realizó
experimentos que llevaron al entendimiento de lo que hoy
día se conoce sobre la combustión
21%
79 %
AIRE
+
OXÍGENO
NITROGENO
GAS
APAGA LA VELA DESPUÉS
DE UN TIEMPO
VACÍO

TEORÍA DE LA COMBUSTIÓN
La combustión es una reacción química rápida de dos
o mas sustancias con una característica de liberación
de calor y luz. Comunmente se llama "quema"
La quema de un combustible (madera, carbón, fuel oil
o gas natural), son ejemplos familiares de quema.
La combustión requiere involucrar oxigeno, sin
embargo el hidrógeno quema en atmósfera de
cloro para dar cloruro de hidrogeno HCl

COMBUSTIBLE A LA
CALDERA
OXÍGENO
% (O2)
DIOXIDO DE CARBONO
% (CO2)
EXCESO DE AIRE
(%)
EFICIENCIA
(%)
GAS NATURAL
FUEL OIL # (2 - 6)
(5 a 10) %
Concentraciones en los gases de combustión para óptimo desempeño
APLICACIONES TÍPICAS DE LAS CALDERAS
(85.2 - 85.4)%
(3.5 a 5)%
(1 a 2 ) % (11.9 a 12.3) %
(2 a 3 ) % (15.4 a 15.8) %
CARBÓN
(STOKER)
CARBÓN
(PULVERIZADO)
(10 al 15) % (89.0 - 89.2)%
(17.2 - 17.4)% (20 al 30)% (81.0 a 82.0)%
(3 a 3.5)% No disponible (15 - 20% (85.0 - 86.5)%

Muchos combustibles contienen:
• Carbón
• Hidrógeno
• Azufre
LA COMBUSTIÓN OCURRE POR LOS COMPONENTES COMBUSTIBLES:
- CARBÓN + OXÍGENO DIÓXIDO DE CARBONO + CALOR
- HIDRÓGENO + OXÍGENO VAPOR DE AGUA + CALOR
- AZUFRE + OXÍGENO DIÓXIDO DE AZUFRE + CALOR

COMPOSICIÓN DEL AIRE
• OXÍGENO, O2
• NITRÓGENO, N2
• ARGÓN, Ar
• OTROS
• H2O
COMPONENTE 0 % HR @ 60°F MEMORIZAR
20.99 (v)
23.20 (w)
78.03 (v)
76.79 (w)
0.94 (v)
0.04 (v)
0
• PESO MOLECULAR - AIRE
• DENSIDAD lb/pie3
28.96 (60°F DB y RH = 0%)
0.07632
Aire/Oxígeno = 100 / 20.99
= 4.76 volumen
Aire/Oxígeno = 100 / 23.20
= 4.31 peso
Nitrogeno/Oxígeno = 3.76 volumen
= 3.29 peso
HR = Humedad Relativa
1.30 (w)
0.04 (w)
Nitrogeno-Oxígeno = 0.7669 - 0.233

LEYES DE LA CIENCIA SOBRE
LA COMBUSTIÓN
LA MATERIA NI SE CREA NI SE DESTRUYE.
En la combustión el calor desprendido es solo
un exceso de energía en lo cual nuevas molé-
culas son forzadas a liberar calor a causa
de su reposicionamiento.
ES UN PROCESO EXO-TERMICO
LA MATERIA NI SE CREA NI SE DESTRUYE.
En la combustión el calor desprendido es solo
un exceso de energía en lo cual nuevas molé-
culas son forzadas a liberar calor a causa
de su reposicionamiento.
ES UN PROCESO EXO-TERMICO

COMPUESTOS DE LOS COMBUSTIBLES
• CARBÓN
• HIDRÓGENO
• AZUFRE
• OXÍGENO
• NITRÓGENO
• SALES METÁLICAS
• SALES INORGÁNICAS
• CENIZAS
• AGUA

ESPECIFICACIONES TÍPICAS DE ALGUNOS COMBUSTIBLES
Especificación
% CARBÓNO
% HIDROGENO
Btu / lb, HHV (1)
CO2 máximo
% DE AZUFRE
HUMEDAD
70.93
23.47
19,693
11.8
0
81.82
18.18
19,937
13.8
0
85.84
12.46
19,512
18,357
15.6
87.49
9.92
18,300
17,381
16.5
94.5
5.2
13,388
12,903
17.0
6.3
9,130
8,546
19.1
51.8 17.8
2.13
4,500
4,303
20.6
Btu / lb, LHV (2)
GAS
NATURAL PROPANO
FUEL OIL
# 2
CARBÓN
MADERA
SECA
BAGAZO COKEFUEL OIL
# 6
98.2
1.5
21,869 21,669 16,532
20.1
1.0 1.5 0.034 0 0 0
16,393
0 0 0 0 0.12 0 63.79 0.5
(1) Agua condensada
(2) Agua en vapor

EL AGUA EN LA COMBUSTIÓN
EL VAPOR DE AGUA ES UN SUBPRODUCTO
DE LA COMBUSTIÓN DEL HIDRÓGENO. ESTE
SUSTRAE CALOR DE LA LLAMA Y SE CON-
VIERTE EN VAPOR A LA TEMPERATURA DE
LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN MEZCLADO
CON LOS DEMÁS COMPONENTES
EL GAS NATURAL CONTIENE MAS HIDRÓGENO Y MENOS CARBÓN POR
UNIDAD DE CONTENIDO DE CALOR QUE EL ACEITE COMBUSTIBLE Y ASI
SU COMBUSTIÓN PRODUCE MAYOR CANTIDAD DE VAPOR DE AGUA, QUE
A SU VEZ SUSTRAE CALOR DE LA LLAMA.
POR ESTO SE DICE QUE LA EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN DEL GAS ES
MENOR QUE LA DEL ACEITE COMBUSTIBLE (APROXIMADAMENTE 4-5%)
SI EL CALOR LATENTE DE FORMACIÓN DEL AGUA, ESTÁ INCLUIDO EN EL CALOR DE LA
COMBUSTIÓN, EL PODER CALÓRICO SE DENOMINA COMO VALOR CALÓRICO ALTO, HHV.
ESTE VALOR LO DETERMINA EL CALORÍMETRO. SE USA EN NORTEAMERICA
SI EL CALOR LATENTE DE FORMACIÓN DEL AGUA, NO ESTÁ INCLUIDO EN EL CALOR DE LA
COMBUSTIÓN, EL PODER CALÓRICO SE LLAMA VALOR CALÓRICO BAJO, LHV. SE USA EN
EUROPA

C = 12.011 gr, H =1.008 gr.
CH4 = 12.011 + 4*1.008 = 16.072 gr.
CH4 = 16.072 gr. 97.96
C = 12.01 gr. 73.20
H = 4.032 gr. 24.57
CÁLCULO TÍPICO DE LA RELACIÓN
HIDROGENO / CARBONO
C2H6 = 30.07 gr. 0.38
C = 24.022 gr. 0.3035
H = 6.048 gr. 0.0764
C3H8 = 44.097 gr. 0.20
C = 36.033 gr. 0.1634
H = 8.064 gr. 0.03657
CO2 = 44.011 gr. 0.37
C = 36.033 gr. 0.3029
GAS GUAJIRA:
97.96 % CH4, 0.38 % C2H6, 0.20 % C3H8, 0.37 % CO2
∑ CARBONO = 73.20 + 0.3035 + 0.1634
= 73.6669
∑ HIDROGENO = 24.57 + 0.0764 + 0.03657
= 24.6829
RELACIÓN H/C =
24.6829
73.6669
= 0.335

RELACIÓN HIDRÓGENO/CARBONO
0.21 0.22 0.25 0.31 0.33
PROPANO
BUTANO
ETANO
TÍPICO GAS
NATURAL GAS
METANO
EFICIENCIADECOMBUSTIÓN
%
80
81
82
83
84
85
GAS GUAJIRA:
97.96 % CH4, 0.38 % C2H6, 0.20 % C3H8, 0.37 % CO2
EFICIENCIA DE LOS COMBUSTIBLES

RELACIÓN ENTRE GRAVEDAD ESPECÍFICA DEL FUEL OIL Y
EL CONTENIDO MÁXIMO DE % CO2 DE GASES DE CHIMENEA
12 13 14 15 16 17 18 19
50
40
30
20
10
0
•
GRAVEDADESPECÍFICA@60°F(15.6°C)
GRAVEDADAPI
% MÁXIMO DE CO2 EN GASES DE CHIMENEA
EJEMPLO
QUÉ COMBUSTIBLE SE RECOMENDARÍA PARA UN
PROCESO DE ELABORACIÓN DE CO2?
EL PROCESO DEBE PRODUCIR EL MÁXIMO DE
CO2..EL MAYOR RANGO DE CO2, SE OBTIENE
QUEMANDO COMBUSTIBLE LÍQUIDO ENTRE 17 Y
17.5 %, CORRESPONDIENTE A UN FUEL OIL EN-
TRE 0 Y 7° API
15.8

90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
TEMPERATURA GASES DE
CHIMENEA MENOS TEMPE-
RATURA ENTRADA AIRE (°F)
900 °F
800
700
600
500
400
300
RELACIÓN DE EFICIENCIA DE COMBUSTIÓN, % CO2,
TEMPERATURA DE GASES DE CHIMENEA Y PÉRDIDAS
%EFICIENCIADECOMBUSTIÓN
%PÉRDIDADECHIMENEA
% DE CO2
EJEMPLO
LA MEDICIÓN DE GASES
DE CHIMENEA EN UN HOR-
NO, SE LEE COMO 480°F
Y EL AIRE ENTRA A LA
CÁMARA DE COMBUSTIÓN
A 20°C (68°F). UN INS-
TRUMENTO DE GASES DE
CHIMENEA LEE EL %
DE CO2 COMO 14 %,
DETERMINE LA EFICIEN-
CIA DE LA COMBUSTIÓN ?
TEM. GASES = 480 – 68
= 412°F
EN CURVA SE INTERCEPTA
412°F CON 14 % DE CO2
412 °F
EFICIENCIA = 83 %
AIRE
68°F
GASES
480°F
TEMPERATURA
DE
GASES- CHIMENEA
83

EL EXCESO DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN
N2 N2
O2 C+
AIRE COMBUSTIBLE
CO2
% CO% DEFECTO
GASES DE COMBUSTIÓN
79 %
21 %
79 %
21 %

EL EXCESO DE AIRE PARA LA COMBUSTIÓN
N2 N2
O2 C+
AIRE COMBUSTIBLE
CO2
CODEFECTO
GASES DE COMBUSTIÓN
79 %
21 %
79 %
21 %
EXCESO DEL 0 % DE AIRE
EXCESO DEL 100 % DE AIRE
EXCESO DEL 50 % DE AIRE
GASES DE COMBUSTIÓN
CO2 21 % O2
0 %
CO2 10.5 % O2
10.5 %
CO2 14 % O2
7.0 %

Relaciones generalizadas de CO2 y O2 en gases de
combustión como función de aire de suministro
O2
%CO
60 80 100 120 140 160 180
16.0
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
CO2
% DE EXCESO DE AIRE
%DECONCENTRACIÓNDELGASENVOLUMEN
RANGO DE
EXCESO ÓPTIMO
% O2 EN GASES
DE COMBUSTIÓN
% DE DEFECTO DE AIRE
AIRE TEÓRICO
COMBUSTIBLES EN
GASES DE CHIMENEA
EN GASES DE CHIMENEA
Gráfico para
gas natural

EXCESO DE AIRE DE COMBUSTIÓN Y EFICIENCIA
91
89
87
85
83
81
79
77
75
%Eficienciadelacombustión
0 20 40 60 80 100 120
% Exceso de Aire
El factor del exceso de
aire, es la principl causa
para una pobre economía
de la combustión

TEMPERATURA DE GASES DE CHIMENEA Y EFICIENCIA
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
%Eficiencia
200 400 600 800 1,000 1,200 1,400
Temperatura neta de gases (°F)
83.5 %
T° aire
T° gases
(90°F)
(500°F)
Temperatura neta de gases (°F) = 500 - 90
= 410°F

EL GAS NATURAL DE LA GUAJIRA
CON LA COMPOSICIÓN:
CH4 = 92.1 %
C2H6= 4.1 %
CO2 = 0.4 %
N2 = 3.4 %
DETERMINACIÓN DEL % AIRE DE LA COMBUSTIÓN
DE UN GAS
CALCULO DEL AIRE REQUERIDO
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
(12 + 4) (2x16x2)
0.921 x x =
(2x16x2) x 0.921
(12 + 4)
3.684 lb de O2
=
lb de combustible
C2H6 + 7/2 O2 2 CO2 + 3 H2O
(2x12 + 6) 7/2 (2x16)
0.041 x x =
x 0.041
(2x12 + 6)
7/2 (2x16)
x =
lb de combustible
0.1530 lb de O2

DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE AIRE
PARA COMBUSTIÓN DEL GAS NATURAL
3.684 lb de O2
lb de combustible
+
lb de combustible
0.1530 lb de O2
PESO DEL OXIGENO TOTAL REQUERIDO =
REQUERIDO POR EL CH4 C2H6Y POR EL
3.837 lb de O2
lb de combustible
PESO DEL AIRE = PESO DEL NITRÓGENO + PESO DEL OXÍGENO
=
= 3.837 x 0.767 + 3.837
=
16.5 lb de aire
lb de gas quemado
0.233
= 12.631 + 3.837
Con exceso de aire del 15 %,
18.97

INCIDENCIA DE LA ALTITUD DEL LUGAR
EN EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN
A 5,000 PIES DEL NIVEL DEL MAR (1,524 m), EL AIRE TIENE APROXIMADAMENTE
4/5 DE SU PESO. ASI, CERCA DEL 20 % MAS DE AIRE SE NECESITARÁ POR UNIDAD
DE VOLUMEN, PARA OBTENER EL OXÍGENO NECESARIO PARA LA COMBUSTIÓN.
1,524 METROS
SOBRE EL NIVEL
DEL MAR
A NIVEL DEL MAR O A ALTITUDES DE 3,000 PIES (914 m), EL PESO DEL
OXÍGENO POR PIE CÚBICO DE AIRE, NO VARÍA SUFICIENTEMENTE PA-
RA CREAR PROBLEMAS EN LA COMBUSTIÓN
NIVEL DEL MAR
EL GAS COMBUSTIBLE, SE COMPORTA EN
FORMA SIMILAR AL AIRE POR SER UN GAS.
A 5,000 PIES SOBRE EL NIVEL DEL MAR, SE
REQUERIRÁ UN 20 % MAS DE GAS QUE A NIVEL
DEL MAR
UN GALÓN DE FUEL OIL TIENE EL MISMO PESO A
CUALQUIER ALTITUD Y NO REQUIERE COMBUSTIBLE
ADICIONAL

QUE AFECTA LA COMBUSTIÓN ?
LA COMBUSTIÓN ES UN PROCESO QUÍMICO QUE OCURRE CUANDO SE
COMBINA UN COMBUSTIBLE CON EL OXÍGENO PARA PRODUCIR LUZ Y
CALOR
LA META DE UNA BUENA COMBUSTIÓN, ES LLEVAR A CABO UNA REACCIÓN
COMPLETA, UNA QUEMA TOTAL DE TODO EL COMBUSTIBLE CON UN MÍNIMO DE
EXCESO DE AIRE Y MÁXIMO DE DIÓXIDO DE CARBONO
REVISIÓN DE CONCEPTOS HASTA AHORA
VISTOS SOBRE LA COMBUSTIÓN

AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN
EXISTEN 4 (MATT) REQUERIMIENTOS PARA QUE EXISTA UNA COMBUSTIÓN COMPLETA:
• M – MEZCLA APROPIADA REQUERIDO
LA RELACIÓN DE AIRE / COMBUSTIBLE, DEBE SER CONTROLADA Y MANTENIDA
PARA TODAS LAS RATAS DE CARGA DE QUEMADO
EL ALTO FUEGO REQUIERE MAS AIRE Y COMBUSTIBLE PROPORCIONALMENTE
QUE EL BAJO FUEGO
• A – ATOMIZACIÓN NECESARIA PARA EL COMBUSTIBLE LÍQUIDO
LA ATOMIZACIÓN ES EL PROCESO DE PULVERIZACIÓN DEL COMBUSTIBLE
LÍQUIDO PARA ADECUARLO A PEQUEÑISIMAS GOTAS DE COMBUSTIBLE,
Y ASI PERMITIR LA VAPORIZACIÓN DEL LÍQUIDO PARA LA COMBUSTIÓN

AJUSTE DE LA COMBUSTIÓN
EXISTEN 4 (MATT) REQUERIMIENTOS PARA QUE EXISTA UNA COMBUSTIÓN COMPLETA:
• T – TEMPERATURA ADECUADA DEL AIRE Y COMBUSTIBLE
LOS COMPONENTES DE LA COMBUSTIÓN DEBEN SER CALENTADOS ADE-
CUADAMENTE PARA MANTENER LA ZONA DE LLAMA DE COMBUSTIÓN
Y MANTENER LA REACCIÓN EN CADENA PARA COMBUSTIÓN COMPLETA
• T – TIEMPO NECESARIO PARA EL PROCESO DE LA COMBUSTIÓN
TIEMPO APROPIADO QUE DEBE DISPONERSE PARA COMPLETAR EL PROCESO
DE LA COMBUSTIÓN, ANTES QUE LOS GASES HAN DE CONTACTAR CON LAS
SUPERFICIES DE INTERCAMBIO DE CALOR
SI LOS GASES DE LA COMBUSTIÓN HACEN CONTACTO CON LAS SUPERFICIES
DE INTERCAMBIO DE CALOR, ANTES QUE LA COMBUSTIÓN SE REALICE EN
FORMA COMPLETA, ESTOS SE ENFRIARÁN CAUSANDO SOBRE LA SUPERFICIE,
LA FORMACIÓN DE HOLLÍN Y HUMOS

CONSTITUYENTES DE LOS COMBUSTIBLES
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS DE MAS IMPORTANCIA PARA EL OPERADOR SON:
• CARBONO
• HIDRÓGENO
• AZUFRE
OTROS CONSTITUYENTES QUE APARECEN
EN CANTIDADES MENORES SON:
NITRÓGENO
DIÓXIDO DE CA RBONO
OXÍGENO
AGUA
CENIZAS, APARECEN EN MENORES CANTIDADES Y NO
CONTRIBUYEN A LA COMBUSTIÓN. SON
PROBLEMAS QUE SE DEBEN MANEJAR
EL CARBONO ES EL MAYOR CONS-
TITUYENTE EN LA MAYORÍA DE
LOS COMBUSTIBLES

CIRCUITO TÍPICO
DE UN COMBUSTIBLE LÍQUIDO
COMBUSTIBLE
LIQUIDO
FILTRO
2¨
CANASTILLA
3/16 “
RETORNO
TEMPERATURA
130 °F
BOMBA
DE PIÑÓN
15 gpm
VAPOR
10 PSI
100°F
CALENTADOR
ELÉCTRICO 110°F
3/4 “
FILTRO DE
CUCHILLAS
ENTRELAZADAS
(AUTOLIMPIANTE)
VÁLVULA
SOLENOIDE DE FLUJO
3/4 “
3/8 “
RETORNO
MANUAL
3/8 “
RETORNO
AL TANQUE
QUEMADOR
15
PSI
PSI
VAPOR FUEL OIL
(203 – 230)
°F
160 °F
COMPRESOR
DE AIRE
PROGRAMADOR
DE ENCENDIDO
VAPOR
SATURADO DE
LA CALDERA
1”
3/8 “
NOTAS: El rango de viscosidad para una adecuada combustión es de 100- 150 SSU paraaceites
pesados tipo Rubiales/Castilla/Fuel oil # 6, a un rango de temperatura entre 100 - 110 °C.
CALENTADOR
DE VAPOR
DE TANQUE DE
ALMACENAMIENTO
3/4 “
CON-
DENSADO
PROGRAMADOR
DE ENCENDIDO
30
98°C
(210 °F)

BOQUILLA DE FUEL OIL ATOMIZADA CON AIRE
AIRE
AIRE
FUEL OIL

PULVERIZACIÓN
IGNICIÓN DEL COMBUSTIBLE
VAPORIZACIÓN
ZONA DE
LLAMA
FLUJO
PRODUCTOS DE
LA COMBUSTIÓN
VAPOR DE
COMBUSTIBLE
GOTA............... .....
.....
.....
.....
.....
..........
..
.....
.
. .... .
... ... ...
...... ......
......
...
...
...
...
... ... ...
...
...
...
..........
....
..
.
.
..
. .. ...
. .
. .
.. .
FRENTE DE LA LLAMA
PROCESO DE COMBUSTIÓN DEL
COMBUSTIBLE LÍQUIDO - ESTABILIDAD
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
ZONA DE
COMBUSTIÓN
PRODUCTOS
PRODUCTOS

COMBUSTIÓN DE COMBUSTIBLES LÍQUIDOS
Gases
poco hollín
Gases
y hollín
TECNOLOGÍACatalisis
cenosfera

COMBUSTIBLES LÍQUIDOS
COMBUSTIBLES RESIDUALES
O CRUDOS PESADOS
INDISPENSABLE CALENTAMIENTO
PREVIO A LA COMBUSTIÓN
• DEMASIADO PRECALENTAMIENTO
• NO SUFICIENTE PRECALENTAMIENTO
ATOMIZARLO
PROPÓSITO PRINCIPAL
• HACERLO FLUIDO
• BOMBEARLO
• COMBUSTIÓN
1. ALTO DESPRENDIMIENTO DE CALOR
2. CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
3. ECONOMÍA DE LA OPERACIÓN
ADECUADO APROPIADA Y
CALENTAMIENTO EFICIENTE COMBUSTIÓN
INCORRECTO
CALENTAMIENTO
- HUMO
- FORMACIÓN DE CARBÓN
- COMBUSTIBLE GASTADO
COMBUSTIBLES LIVIANOS O
MUY LIVIANOS
NO REQUIEREN CALENTAMIENTO
PARA LA COMBUSTIÓN
CONCEPTO MATT DE LA COMBUSTIÓN
AIRE APROPIADO
TIEMPO RESIDENCIA

Estabilidad de la llama
Hace la diferencia entre una buena y mala combustión, y es función
de configuración entre la tobera y la garganta refractaria
• POSICIONAMIENTO DE LA LLAMA EN EL QUEMADOR
• TEMPERATURA DE IGNICIÓN
• UBICACIÓN DE LA MEZCLA DENTRO DEL RANGO DE EXPLOSIVIDAD
• BALANCE DE VELOCIDAD DE LA LLAMA ENTRE EL FRENTE DE ALIMENTACIÓN A LA LLAMA
Y LA SALIDA DE LOS PRODUCTOS
LOS QUEMADORES INDUSTRIALES DEBEN PROPORCIONAR
ESTABILIDAD DE LLAMA EN UN AMPLIO RANGO DE SU CAPA-
CIDAD.

ANALÍSIS DE LA COMBUSTIÓN
Combustibles gaseosos (Combustión perfecta)
1 PIE CÚBICO DE CUALQUIER COMBUSTIBLE GASEOSO TOMA:
Volumen de aire
= % CH4 * 0.0956 + % C2 H6 * 0.1673 + % C3 H8 * 0.239 +
Volumen de combustible
% C4H10 * 0.311 + % H2 * 0.0239 + % CO * 0.0239
- [ (% O2 * 0.0478) * (1 + % EXCA/100)]

ANALÍSIS DE LA COMBUSTIÓN
Volumen de aire
= % CH4 * 0.0956 + % C2 H6 * 0.1673 + % C3 H8 * 0.239 +
Volumen de combustible
% C4H10 * 0.311 + % H2 * 0.0239 + % CO * 0.0239
- [ (% O2 * 0.0478) * (1 + % EXCA/100)]
GAS GUAJIRA:
97.96 % CH4, 0.38 % C2H6, 0.20 % C3H8, 0.37 % CO2
Volumen de aire
= 97.96 * 0.0956 + 0.38 * 0.1673 + 0.20 * 0.239 +
0 * 0.0239 + 0 * 0.0239
Volumen de combustible
= 9.3649 + 0.063574 + 0.0478
= 9.47635 pies cúbicos de aire por pie cúbico de gas(Guajira)
0 * 0.311 +

EJEMPLO DEL AIRE REQUERIDO PARA COMBUSTIÓN
Encuentre el aire requerido con un exceso del 15 %, para quemar un gas
de alto horno que contiene los siguientes componentes
volumétricos:
• CH4 32.3
• C2H6 2.5
• C4H10 3.2
• H2 51.9
• O2 1.0
• CO 5.5
• CO2 1.0
• N2 3.5
Volumen de aire
= [ (% CH4 * 0.0956) +(% C2 H6 * 0.1673) + (% C3 H8 * 0.239) +
Volumen de combustible
(% C4H10 * 0.311) + ( % H2 * 0.0239) + (% CO * 0.0239 )
- (% O2 * 0.0478)] * (1 + % EXCA/100)]
%

EJEMPLO DEL AIRE REQUERIDO PARA COMBUSTIÓN
Relación Aire / Combustible:
• CH4 32.3
• C2H6 2.5
• C4H10 3.2
• H2 51.9
• CO 5.5
• O2 1.0
• CO2 1.0
• N2 3.5
%
Volumen de aire
= [(32.3 * 0.0956) + (2.5 * 0.1673) +(0 * 0.239) +
Volumen de combustible
(3.2 * 0.311 ) +
(51.9 * 0.0239) + (5.5 * 0.0239)-
= [5.825] x
= 6.7 pies3 aire /pie3 de gas
(1 * 0.0478)] * (1 + 15/100)]
(1+ 15/100)

COMBUSTIBLES LÍQUIDOS Y SÓLIDOS
LA CANTIDAD DE AIRE PARA COMBUSTIÓN PERFECTA DE UNA LIBRA DE CUALQUIER COM-
BUSTIBLE LÍQUIDO O SÓLIDO, ESTÁ DADA POR LA SIGUIENTE EXPRESIÓN:
PIES3 AIRE
LB DE FUEL
= (% C x 1.514) + % H x 4.54) + (% S x 0.568) – (%O x 0.568) @ 60°F Y 14.7 PSI
Los % se dan en peso
PARA LOS FUEL OIL´s (F.O), SE EXPRESA ASÍ:
PIES3 AIRE / GAL. DE F.O = (1,906 x gravedad específica (g.e) – 379 x g.e
[ Si g.e, está entre (0.825 – 0.876)]
PIES3 AIRE / GAL. DE F.O = (1,900 x gravedad específica (g.e) – 379 x g.e
[ Si g.e, está entre (0.876 - 0.934)]
PIES3 AIRE / GAL. DE F.O = (1,895 x gravedad específica (g.e) – 379 x g.e
[ Si g.e, está entre (0.934 – 1.007)]
PIES3 AIRE / GAL. DE F.O = (1,878 x gravedad específica (g.e) – 379 x g.e
[ Si g.e, está entre (1.007 – 1.076)]
g.e del fuel oil, debe darse a 60°/60°F.

DECRECE
DECRECE
DECRECE
DECRECE
INCREMENTA
INCREMENTA
INCREMENTA
INCREMENTA
AIRE A
CALDERA
GAS A
CALDERA
ACEITE A
CALDERA
AGUA A
CALDERAFLUJO
FLUJO
FLUJO
FLUJO
F
P
CONTROL DE COMBUSTIÓN - DIAGRAMA DE BLOQUES
P > PN P < PN
SI
SI
1
2
1
2
SP
SUBEBAJA
CONTROLADOR
SUBE
BAJA
SI SI
PN= PRESION NORMAL
T
A
A
A
A
Tambor
de Vapor
Salida de
Vapor
COMPARADOR
Medida de
flujo de agua
SUBE
A tambor
de Vapor
Contro-
lador
TRANSMISOR
DE NIVEL
T
T
T
Medida de
flujo de agua
Medida de
flujo de vapor

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
ANTECEDENTES
LA COMBUSTIÓN DEL FUEL OIL ES MAS EFICIENTE QUE LA COMBUSTIÓN DEL GAS
NATURAL, PERO LO QUE NO SE DICE ES QUE ESTA AFIRMACIÓN ES SOLO EN CON-
BUSTIÓN, PUES HAY OTRAS PÉRDIDAS ASOCIADAS CON EL MANEJO DEL FUEL OIL.
POR LA DISTINTA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS COMBUSTIBLES, LA COMBUSTIÓN
DEL FUEL OIL PRODUCE MENOS HUMEDAD QUE EL GAS NATURAL.
Gas natural 22.5 % peso de hidrógeno
Fuel oil 9.3 % peso de hidrógeno
COMO RESULTADO LA COMBUSTIÓN DEL FUEL OIL PRODUCE UN 2.5 A 3.5% MEJOR
RENDIMIENTO EN LA COMBUSTIÓN, QUE EL GAS NATURAL.

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
SIN EMBARGO UNA VEZ QUE SE CONTABILIZAN TODAS LAS PÉRDIDAS ASOCIADAS
AL FUEL OIL, EL GAS NATURAL PROPORCIONA UNA MAYOR EFICIENCIA GLOBAL QUE
EL FUEL OIL.
ESAS OTRAS PÉRDIDAS O COSTOS INCLUYEN:
• ALMACENAMIENTO DEL FUEL OIL
• CALENTAMIENTO DEL FUEL OIL ALMACENADO
• ADITIVOS DEL COMBUSTIBLE
• BOMBEO DEL FUEL OIL
• ATOMIZACIÓN DEL FUEL OIL
• SOPLADO DE LOS TUBOS DE LA CALDERA
• AGUA DE REPOSICIÓN A LA CALDERA
• QUÍMICOS ADICIONALES DEL TRATAMIENTO DE AGUA A LA CALDERA
• CALENTAMIENTO DEL AGUA ADICIONAL DE REPOSICIÓN
• MANTENIMIENTO ADICIONAL
• COSTOS FINANCIEROS DEL FUEL OIL ALMACENADO

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
ALMACENAMIENTO DEL FUEL OIL
SE REQUIERE UNA CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO RAZONABLE A LA CAPACIDAD DE LA(S) CAL-
DERA(S). ESTO ES, GENERALMENTE GRANDES TANQUES QUE SE DEBEN TENER LLENOS PARAMI-
NIMIZAR LA ACUMULACIÓN DE HUMEDAD. EL COSTO DE ESTOS ES ALTO EN LA INSTALACIÓN INI-
CIAL DE LA PLANTA Y SU MANTENIMIENTO.
CALENTAMIENTO DEL FUEL OIL
PARA MOVER EL FUEL OIL, SE REQUIERE ADECUAR LA VISCOSIDAD DE ESTE PARA SER BOMBEA-
DO. ESTO ES, ELEMENTOS ELECTRICOS, DE VAPOR U OTROS MEDIOS.
CUANDO SE TIENE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR, SU CONDENSADO ES GENERALMENTE DRE-
NADO A LA ALCANTARILLA POR PRECAUCIÓN DE CONTAMINACIÓN A LA CALDERA.
BOMBEO DEL FUEL OIL
SE REQUIERE SU BOMBEO A LA CALDERA U OTROS TANQUES Y TAMBIÉN EL BOMBEO DE RECIR-
CULACIÓN. ADEMÁS CIRCULADO DENTRO DEL TANQUE PARA HOMOGENIZAR LA VISCOSIDAD Y EL
DESEMPEÑO DE LOS ADITIVOS. SE USA ELECTRICIDADA PARA MOVER ESTA BOMBA.

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
ADITIVOS DEL FUEL OIL
EL FUEL OIL CONTIENE AZUFRE Y VANADIO QUE PRODUCEN MUCHOS PROBLEMAS EN LA CALDE-
RA ESPECIALMENTE LA CORROSIÓN. LOS ADITIVOS QUÍMICOS, SE USAN PARA MINIMIZAR LOS
EFECTOS DAÑINOS DE SUS COMPUESTOS EN LAS DIFERENTES PARTES DE LA CALDERA.
SOPLADO DE CENIZAS
CUANDO EL FUEL QUEMA, SE PRODUCEN CENIZAS Y CARBÓN INQUEMADO QUE SE DEPOSITA
EN LAS ZONAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR QUE REDUCE LA EFICIENCIA.
SE UTILIZA VAPOR PARA EL SOPLADO DE ESTAS SUPERFICIES POR MEDIO DE LOS DESHOLLINA-
DORES EN LAS PAREDES DE LA CALDERA.
AGUA DE REPOSICIÓN ADICIONAL
CUANDO SE USA VAPOR PARA CALENTAR EL TANQUE ALMACENADOR, PARA LA ATOMIZACIÓN
DE LA COMBUSTIÓN DEL FUEL OIL Y PARA LA LIMPIEZA EN LOS DESHOLLINADORES, DEBEN ADI-
CIONARSEN ESTAS PÉRDIDAS DE AGUA A LA CALDERA PARA MANTENER SU NIVEL.

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
QUÍMICOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA
CUANDO EL AGUA DE REPOSICIÓN SE INTRODUCE A LA CALDERA, DEBE HACERSE PREVIAMENTE
SU PRETRATAMIENTO Y SU TRATAMIENTO INTERNO ADICIONANDO QUÍMICOS PARA SU CONDICIÓN
DESEADA.
CALENTAMIENTO ADICIONAL DEL AGUA DE REPOSICIÓN
HAY DOS RAZONES PARA CALENTAR EL AGUA DE REPOSICIÓN: CALENTAR PARA EVITAR EL CHO-
QUE TÉRMICO DEL AGUA A LA CALDERA A SU ENTRADA Y SEGUNDO, Y A OTRA RAZÓN PARA RE-
MOVER SUS LODOS Y EVITAR CORROSIÓN INTERNA.
MANTENIMIENTO ADICIONAL
QUIZÁ EL MAS ALTO COSTO DE LOS GASTOS DE MANTENIMIENTO YA QUE SE IMPACTAN MUCHAS
ÁREAS DENTRO Y FUERA DE LA CALDERA
ATOMIZACIÓN DEL FUEL OIL
DEBE DISPONERSE DE UN VAPOR SECO PARA HACER QUE EL FUEL OIL SE PULVERICE Y PUEDA
ENCENDER.

EL VERDADERO COSTO DEL FUEL OIL # 6
INCREMENTO DE ACTIVIDAD DE PERSONAL
UNA PLANTA CON FUEL OIL REQUIERE MAS PERSONAL QUE SI QUEMA GAS NATURAL. EL TRA-
BAJO SOBRE LAS TRAMPAS DE VAPOR, MANTENIMIENTO DEL QUEMADOR Y RUTINAS DE MANTE-
NIMIENTO EN LOS SISTEMAS DE CALENTAMIENTO, LIMPIEZA DE FILTROS Y OTRAS, HACEN QUE
LA MANO DE OBRA SE INCREMENTE
CONCLUSIÓNCONCLUSIÓN
ESTOS COSTOS PUEDEN VARIAR DE PLANTA A PLANTA, SIN EMBARGO ESTEESTOS COSTOS PUEDEN VARIAR DE PLANTA A PLANTA, SIN EMBARGO ESTE ESTUDIO “CENTER OFESTUDIO “CENTER OF
BOILERS STUDIES” (BOILERS STUDIES” (DrDr HerberHerber EckerlinEckerlin), SOBRE 26 ÁREAS DE CALDERAS EN TODO SU PAÍS, DURAN), SOBRE 26 ÁREAS DE CALDERAS EN TODO SU PAÍS, DURAN--
2 AÑOS, MOSTRÓ QUE LA EFICIENCIA DEL GAS NATURAL ES MAYOR EN 2.72 AÑOS, MOSTRÓ QUE LA EFICIENCIA DEL GAS NATURAL ES MAYOR EN 2.7 % QUE LA DE LOS FUEL% QUE LA DE LOS FUEL
OIL.OIL.
PÉRDIDA POR FUEL OIL COSTO ADICIONAL (%)
• ALMACENAMIENTO 0.60
• CALENTAMIENTO 0.78
• ADITIVOS 0.80
•BOMBEO 0.32
• ATOMIZACIÓN 1.88
• LIMPIEZA DE HOLLÍN 0.43
• AGUA DE REPOSICIÓN 0.22 5.03 %

ALGUNAS PREGUNTAS Y RESPUESTAS COMUNES
DEL RESORTE DE LOS OPERADORES
1. UN ANÁLISIS DE GASES DE CHIMENEA MUESTRA LOS SIGUIENTES PORCENTAJES EN VOLUMEN:
a) 16 % DE CO2 Y 5 % DE O2. DETERMINE EL EXCESO DE AIRE DE ESTA CALDERAS (LECTURAS) ?
carbonodedióxidodeVolume
oxígenodeVolume
airede =Exceso
%.Exceso 2531
16
5
airede ==
2. QUÉ COMBUSTIBLES SE LES CONSIDERA QUE TIENEN DOS PODERES CALORÍFICOS Y PORQUÉ ?
Los combustibles que tienen hidrógeno, tienen dos poderes caloríficos, ALTO Y BAJO
El ALTO se determina por calorímetro y se deduce de este, el calor formado del agua.

ALGUNAS PREGUNTAS Y RESPUESTAS COMUNES
DEL RESORTE DE LOS OPERADORES
3. CUÁL ES LA TEMPERATURA DEL AIRE ENTRANDO A LA CALDERA, SI SE TIENEN LAS SIGUIENTES
CONDICIONES:
a) Temperatura de chimenea = 625°F,
b) Combustible quemado = 12,000 lb/h
c) Poder calorífico del combustible = 15,000 Btu/lb
d) Flujo de gases generados = 13.8 lb/lb de combustible quemado
e) Eficiencia de la combustión = 80%.
Energía a chimenea = 12,000 lb/h (1-0.8) x 15,000 Btu/lb = 36 millones de Btu/h
Masa gases a chimenea = 12,000 lb de combustible/h x 13.8 lb de gases/lb de combustible quemado
= 12,000 x 13.8 = 165,000 lb de gases/h
Ecuación de calor = M x Cp x (T2-T1); Cp gases= 0.25 Btu/lb°F
FgasesdeLb/Btu.xh/gasesLbx
h/Btux
)TT(
°
=−
25010165
1036
12 3
6
= 872.72 °F, T1 = 872.72 - 625 = 247°F

ALGUNAS PREGUNTAS Y RESPUESTAS COMUNES
DEL RESORTE DE LOS OPERADORES
4. UNA CALDERA QUEMA FUEL OIL DE 18,500 Btu /lb Y 82 % DE EFICIENCIA. EL PROMEDIO DE CON-
SUMO DE FUEL OIL ES DE 1,150 Lb/h. CUANTAS PÉRDIDAS OCURREN EN CHIMENEA?
1,150 Lb/h
18,500 Btu/lb
η = 82%
Pérdidas ?
Calor desprendido = 1,150 lb/h x 18,500 Btu/lb
= 21´275,000 Btu/h
Pérdidas de calor = 21´275,000 Btu/h x (1-082)
= 3´829,500 Btu/h
Equivalentes a 3,829 lh/h en pérdidas

ALGUNAS PREGUNTAS Y RESPUESTAS COMUNES
DEL RESORTE DE LOS OPERADORES
5. QUÉ SIGNIFICA EL AIRE PRIMARIO Y SECUNDARIO EN LA QUEMA DE COMBUSTIBLE EN LA
CALDERA?
El primario es aquel que se mezcla con el combustible en el quemador y es como 1/3 del total
necesario para la combustión completa.
El secundario se lleva a los alrededores del quemador o a través de las aberturas en el piso
del horno o en las paredes para dar el aire adicional para completar la combustión.
El aire secundario es cerca de las 2/3 partes del total necesario.