Control de la combustión (Parte I)
El control de la combustión debe tender a la mayor utilización del combustible empleado y a realizar la operación de combustión en la forma más eficiente posible.
Los factores que deben controlarse en un proceso de combustión son: la temperatura, la composición del gas combustible y de los gases quemados, la presión en las diferentes partes del lugar donde se efectúa la combustión y la cantidad de aire, gas combustible y gases quemados que hay en las diferentes partes del ambiente donde se produce la combustión.
Desde el punto de vista económico es importante el análisis de los gases combustibles y de los productos de la combustión, para lograr un mejor aprovechamiento del combustible.
Los aparatos de control son:
1) Medidores de temperatura.
2) Analizadores de gases.
3) Manómetros.
4) Caudalímetros.
Elementos de medición
Medidores de temperatura
Para registrar bajas temperaturas (menos de 600 °C) se emplean los termómetros.
Para registrar temperaturas superiores se emplean los pirómetros.
Pirómetros
Son dispositivos que se emplean para medir temperaturas elevadas en los procesos industriales. Existen varios tipos.
a) Pirómetros termoeléctricos: son aquellos que miden la temperatura por contacto directo.
b) Pirómetros de radiación: miden temperaturas superiores a 1.600 °C basados en la radiación de energía.
c) Pirómetros ópticos: miden temperaturas por encima de 1.063 °C.
Pirómetros termoeléctricos
Si se forma un circuito cerrado empalmando dos alambres de distinto material por sus extremos y se calienta una de esas uniones, mientras que la otra se mantiene a temperatura ambiente, se produce en el circuito una corriente eléctrica, cuya diferencia de potencial es proporcional a la diferencia de temperaturas, dependiendo, también, del tipo de par empleado.
Este efecto, en el que se basa el funcionamiento de los pirómetros termoeléctricos, se denomina efecto Seebeck.
La corriente que se obtiene en la forma antedicha se denomina termoeléctrica.
Al aumentar la temperatura en el extremo N de la figura, la tensión en el circuito también aumenta hasta llegar a un valor máximo a partir del cual comienza a disminuir.
Por esa razón, para cada temperatura que se desea medir se elige un par adecuado.
Los metales más usados en la construcción de termopares son: cobre-constantant; hierro-constantant y platino-rodio-platino.
| Termopar | Composición | Temperatura máxima (°C) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Elemento A | Elemento B | ||||
| Platinorodio-platino | Pt Rd | 90 % 10 % | Pt | 100 % | 1.600 |
| Chromel-alumel | Cr Ni | 10 % 90 % | Ni Al Mn Si | 97 % 2 % 3 % 1 % | 1.350 |
| Níquel-cromo-níquel | Cr Ni | 10 % 90 % | Ni Si | 97 % 3 % | 1.100 |
| Hierro-constantant | Fe | 100 % | Cu Ni | 60 % 40 % | 900 |
| Chromel-constantant | Cr Ni | 10 % 90 % | Cu Ni | 60 % 40 % | 850 |
Para que las mediciones efectuadas con pares termoeléctricos sean exactas el termopar debe ser de buena calidad y estar bien calibrados.
Los pares deben ser controlados periódicamente.
Los instrumentos de medición empleados en los termopares también deben ser exactos.
Pirómetros de radiación
Los pirómetros de radiación permiten medir temperaturas de hasta 2.000 °C.
Su funcionamiento se basa en que todas las sustancias, al ser calentadas, emiten energía radiante.
Esta energía emitida es proporcional a la temperatura que adquiere la sustancia, dependiendo de su calidad y superficie.
Estos pirómetros utilizan toda la energía radiante emitida por el cuerpo caliente, cuya temperatura se desea medir.
Las radiaciones del cuerpo caliente son recibidas por uno de los extremos de un termopar. Este se halla conectado a un amperímetro que vincula la intensidad de la corriente con temperatura.
Pirómetros ópticos
Estos pirómetros también emplean la radiación emitida para medir la temperatura de una superficie, pero solo en el espectro visible.
Su funcionamiento basa en la ley de desplazamiento de Wien. La temperatura de un cuerpo se puede determinar a partir de su color a temperaturas más altas, cuando la radiación térmica abarca frecuencias en la región visible del espectro. La temperatura de color se define comparando el color de una fuente de luz con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada.
| Color | Temperatura (°C) |
|---|---|
| Rojo marrón | 600 |
| Rojo puro | 650 |
| Rojo cereza oscuro | 715 |
| Rojo cereza medio | 770 |
| Rojo cereza vivo | 850 |
| Rojo anaranjado | 847 |
| Rojo claro | 875 |
| Anaranjado | 930 |
| Amarillo anaranjado | 990 |
| Amarillo oscuro | 1.050 |
| Amarillo claro | 1.100 |
| Blanco | 1.200 |
Funcionan por comparación de intensidad luminosa entre la fuente de calor y un filamento que varía su incandescencia por medio de la variación de la corriente que circula por él. Como ejemplo es método de filamento evanescente.
Otros pirómetros
Para medir la temperatura de los hornos se emplean conos pirométricos construidos con distintos materiales entre los que predominan la sílice, el caolín, o la alúmina, mezclados en formas variadas.
Los conos tienen forma de pirámide triangular de 15 a 20 mm de lado por 60 mm de altura, aproximadamente.
Los conos funcionan por deformación lo que ocurre según sea la temperatura a la que se ablandan. Pueden medir temperaturas entre 600 °C y 2.000 °C.
Estos conos no dan exactamente la temperatura de un horno, sino los límites entre los cuales se encuentre comprometida esa temperatura. Una vez utilizados no se pueden volver a utilizar.
Bibliografía:
Héctor Fernández Serventi. "Química". Losada S. A., Buenos Aires.
Robert C. Smoot y Jack Price. "Química, Un curso moderno". Compañía Editorial Continental S. A., México.
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina