1. Qué son los gases de combustión

El incremento de todo tipo de combusti6n es un agente contaminante del ambiente con concentraciones siempre mayores de polución. La formación de humos, la lluvia ácida y el aumento del número de alergias son consecuencias directas de este desarrollo. La solución para una producción de energía que no perjudique el medio ambiente debe, por lo tanto, suponer una reducción de las emisiones contaminantes. Los contaminantes en los gases de combusti6n sólo pueden reducirse eficazmente si las plantas existentes operan con el máximo rendimiento posible o si se cierran las calderas nocivas. El análisis de los gases de combustión ofrece un medio para determinar las concentraciones de contaminantes y para ajustar al máximo rendimiento las instalaciones de calor.

1.1 Unidades de medición

La presencia de contaminantes en los gases de combusti6n puede detectarse a partir de ]a concentraci6n de los compuestos del gas. Generalmente, se utilizan las unidades siguientes:

 

ppm (partes por millón)

Corno " el tanto por ciento (%)" ppm describe una proporción. Por ciento significa "un número x de partes de cada cien", mientras que ppm significa "un número x de partes en cada millón". Por ejemplo, si en un cilindro de gas hay 250 ppm de mon6xido de carbono (C0), entonces, si partimos de un mi116n de partículas de gas, 250 son de mon6xido de carbono. Las otras 999.750 partículas son de nitrógeno (N2) y de oxigeno(02 ). La unidad ppm es independiente de la presión y la temperatura, y se utiliza en concentraciones bajas. Si la concentraci6n presente es elevada, se expresa en porcentaje (%). La conversi6n es como sigue:
 

10 000 ppm = 1 % 
1 000 ppm =  0.1%  
100 ppm =  0.01%
10 ppm  =  0.001%
1 ppm = 0.0001%


Ejemplo:

Una concentraci6n de oxígeno del 21 ,, es equivalente a una concentraci6n de 210.000 ppm 02.

mg/Nm3 (miligramos por metro cúbico)

Con la unidad mg/Nm 3, el volúmen normal (normal metros cúbicos, Nm3) se toma como una variable de referencia y la masa del gas que poluciona se indica en miligramos (mg). Como esta unidad varia con la presión y la temperatura, se toma como referencia el volúmen en condiciones normales. Las condiciones normales son como siguen:  

Temperatura: 0 ºC
Presión: 1013 mbar (hPa)


De todas formas, esta informaci6n por si sola no es suficiente, ya que los volúmenes respectivos en el gas de combustión varían según la proporci6n de oxigeno (dilución del gas de combustión con el aire ambiente). Por lo tanto, los valores respectivos medidos deben convertirse a un volúmen particular de oxigeno, el contenido de oxigeno de referencia (02 de referencia). Sólo los datos con el mismo contenido en oxígeno de referencia pueden ser comparados. La medida del contenido de oxigeno (O2 ) en el gas de combustión también es necesaria para convertir los ppm en mg/Nm 3. A continuación se indican las conversiones para monóxido de carbono (CO), 6xidos de nitr6geno (NOx) y dióxido de azufre (S02).

Conversiones a mg/Nm3                                                  Bezug = referencia

CO (mg/m3) =
NOx (mg/m3) =
SO2 (mg/m3) =

Los factores en ]a f6rmula corresponden a una densidad estándar de los gases en mg/m3.

mg/kWh (miligramos por kilowatio hora de energía)

Los cálculos se han realizado con datos específicos de combustible con el fin de determinar concentraciones de gas que polucionan con una unidad relacionada a la energía mg/kWh. Por tanto hay diferentes factores de conversión para cada combustible. Mds adelante se indican los factores de conversión para ppm y mg/m3 a unidad relacionada con la energía mg/kWh. Por lo tanto, para convertir a mg/kWh, los valores medidos de concentraciones de emisión deben primero convertirse en gas de combustión no diluido (0% de oxígeno de referencia).

 

Gasoil EL
CO 1 ppm = 1.110 mg/kWh 1 mglkWh = 0.900 ppm
1 Mg/M3 = 0.889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1.125 mg/m3
NOx 1 ppm = 1.822 mg/kWh 1 mg/kWh = 0.549 ppm
1 mg/m3 = 0.889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1.125 mg/m3

 

Gas Natural H (G 20)
CO 1 ppm = 1.074 mg/kWh 1 mg/kWh = 0.931 ppm

1 Mg/M3 = 0.859 mg/kWh

 1 mg/kWh = 1.164 Mg/M3
NOx 1 ppm = 1.759 mglkWh 1 mg/kWh = 0.569 ppm
1 mg/ml = 0.859 mg/kWh 1 mg/kWh = 1.164 rng/m3

  Fig. 1: Factores de conversOn para unidades relacionadas a [a energia

 

1.2 Componentes de los gases de combustión

Los componentes de los gases de combustión se listan más adelante ordenadas según la concentración en el gas.

Los factores de conversión para combustibles sólidos también dependen de la forma en que estos están disponibles (en una pieza, como gravilla, polvo, fragmento, etc.). Por ello los factores deben chequearse cuidadosamente.

Nitrógeno (N2)

El nitrógeno (N2) es el principal componente (79 % vol.) del aire que respiramos. Este gas incoloro, inodoro y sin sabor no interviene en la combustión. Entra en la caldera como un lastre, se calienta y sale por la chimenea.

Valores típicos en gases de combustión: Calderas gas/gasoil: 78 % - 80 %

  Dióxido de carbono (C02) 

El dióxido de carbono es un gas incoloro, inodoro con un ligero sabor agrio. Bajo la influencia de la luz solar y el verde de las hojas, clorofila, las plantas convierten el dióxido de carbono (CO2) en oxigeno (O2) . La respiración humana y animal convierten el oxígeno (O2) otra vez en di6xido de carbono (CO2) . Esto crea un equilibrio que los productos gaseosos de la combusti6n distorsionan. Esta distorsi6n acelera el efecto invernadero. El valor limite de efecto es de 5.000 ppm. A concentraciones superiores al 15% en volúmen (150.000 ppm) en la respiración, se produce una pérdida inmediata de conciencia. 

Valores típicos en gases de combustión.. Calderas de gasoil.. 12.5 % - 14 % / Calderas de gas 10% - 12%.

Oxígeno (O2) 

Parte del oxigeno (0,) disuelto en el aire combina con el hidrógeno (H 2 ) del combustible y forma agua (H20). Según la temperatura de los gases de combusti6n (TH), esta agua se convierte en humedad del gas o en condensados. El oxigeno restante nos sirve para medir el rendimiento de la combusti6n y se utiliza para determinar las pérdidas por chimenea y el contenido de di6xido de carbono (CO,). 

Valores típicos en gases de combustión: 

Calderas de gasoil: 2 % - 5 % 
Calderas de gas: 2 % . 3 %.


  Monóxido de carbono (CO)

El monóxido de carbono es un gas venenoso al respirar, incoloro, inodoro y es el producto de una combusti6n incompleta. En una concentraci6n demasiado elevada, no permite que la sangre absorba oxigeno. Si, por ejemplo, el aire de una habitaci6n contiene 700 ppm CO, una persona respirando durante 3 horas morir. El valor límite de efecto es de 50 ppm. 

Valores típicos en gases de combustión:  

Caldera de gasoil: 80 ppm - 150 ppm 
Caldera de gas: 80 ppm - 100 ppm.

Óxidos de nitrógeno (NOx)

A altas temperaturas (combustión), el nitrógeno (N2) presente en el combustible y en el aire ambiente combina con el oxigeno del aire (O2) y forma mon6xido de nitr6geno (NO). Después de algún tiempo, este gas incoloro se oxida en combinaci6n con el oxígeno (O2) para formar dióxido de nitrógeno (NO2). El N02 es soluble en agua, t6xico si se respira (produce daños irreversibles en el pulmón), y contribuye a la formación de ozono en combinación con la radiaci6n ultravioleta (Luz solar). El NO y el NO2 en conjunto se llaman óxidos de nitrógeno (NOx).

Valores típicos en gases de combustión: 

Calderas gas / gasoil: 50 ppm - 100 ppm

Dióxido de azufre (S02) 

El dióxido de azufre (S02 ) es un gas t6xico, incoloro con un olor fuerte. Se forma a partir del azufre del combustible. El valor limite del efecto es de 5 ppm. E] Ácido sulfúrico (H2SO2) se forma en combinación con el agua (H20) o condensados.. Valores típicos en gases de combustón de calderas de gasoil: 180 ppm - 220 ppm.

Hidrocarburos inquemados (CxHy) 

Los hidrocarburos inquemados (C,H ) se forman cuando la combusti6n es incompleta y contribuyen al efecto invernadero. Este grupo incluye metano (CH,), butano (C,Hlo) y benzeno.(C6 H d' Valores típicos en gases de combustión de calderas de gasoil: <50 ppm.  

Hollín 

El hollín también es carbón puro, resultante de una combustión incompleta. Valores típicos en gases de combustión de calderas de gasoil.. HoWn derivado 0 6 1.

Partículas sólidas

Las partículas sólidas (polvo) es el nombre que se da a pequeñas partículas sólidas distribuidas en el aire. Esto puede ocurrir en cualquier forma y densidad. Se forman a partir de ]as cenizas y de los minerales que componen los combustibles sólidos.


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