Análisis 39: Análisis energético y exergético en horno industrial
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Un horno es un elemento industrial en el cual, mediante calor producido en un proceso de combustión, se producen determinadas transformaciones físico o químicas sobre un material. El análisis de la combustión que se realiza en este caso, consiste en evaluar las características de la combustión para un índice de exceso de aire determinado a lo largo de un ciclo de cocción.
El coeficiente de exceso de aire relaciona la cantidad de aire que se introduce en un quemador con la cantidad de aire estequiométricamente necesaria para llevar a cabo la combustión completa del gas natural.
La cámara de combustión es una de las partes más importantes de un horno industrial y tiene que soportar temperaturas muy elevadas además de ser impermeable a los gases calientes de alta presión que se encuentran en la parte superior de la zona de trabajo. Por ello, los materiales empleados para la fabricación de una cámara de combustión deben resistir los ataques de humo de óxido ferroso, la radiación térmica y el choque térmico. Existen de diferentes tipos: planas, de arco, semicirculares y suspendidas. La cámara de combustión se fabrica con aceros de altos calibres y están aisladas con materiales cerámicos.
El diagrama de Grassmann refleja las perdidas por irreversibilidades, y finalmente la eficiencia exergética del sistema, 7.72%.
La comparación entre ambos valores de eficiencia muestra que la eficiencia exergética de 7.72% es mucho menor que la eficiencia energética de 76.79%. El balance energético muestra que solo el 23.21 % de la energía del gas natural se pierde con los gases de combustión. Por otro lado, el balance exergético indica que se pierde el 92.28 % de la exergía del gas natural, que se puede dividir en una pérdida externa por chimenea de tan solo el 9.22 % asociada a la exergía de los gases de combustión y una pérdida interna (irreversibilidad en combustión) del 82.87 %, que constituye la principal pérdida exergética.
Esta última irreversibilidad puede ser dividida en dos:
i) Irreversibilidad debido al proceso intrinseco de la combutión, 39.01 %.
ii) Irreversibilidad por la transferencia de calor que sucede en la cámara de combustión, en relación a la temperatura adiabática de la llama de 1210 ºC, 43.86%.
Se puede concluir que el sistema equipado con un horno de gas natural representa una forma ineficiente de utilizar el combustible. Esto se debe a las siguientes razones: en primer lugar, la energía química del gas natural se convierte mediante la combustión en energía térmica, que es una forma de energía de menor calidad; y en segundo lugar, la combustión del gas natural tiene una temperatura adiabática de llama muy superior a la temperatura de consumo.
