Quemadores y hornos industriales: control de la combustión

En una línea

Antes de que un quemador encienda hay que purgar el hogar con aire para barrer los gases explosivos, y una vez encendido hace falta un detector de llama que corte el combustible ante cualquier anomalía — son los dos puntos no negociables, estén o no en el resto del plan de mantenimiento.

Qué son los hornos industriales

Existe una gran variedad de hornos industriales, pero se agrupan en dos grandes tipos: hornos con quemador (consumen combustibles convencionales) y hornos eléctricos de arco (consumen electricidad). Los hornos son grandes consumidores de energía y, en general, su rendimiento energético es bajo — por eso su mantenimiento se orienta principalmente al ahorro y la eficiencia, no solo a evitar la falla.

Para los hornos con quemador, ese mantenimiento se concentra en 5 operaciones: verificación del estado del refractario y el aislamiento, detección de infiltraciones, control de los quemadores, control del proceso de combustión y control de los gases de combustión.

Verificación del refractario y el aislamiento

El sistema más eficaz para comprobar el estado del refractario y del aislamiento es la termografía — la misma técnica que se usa en instalaciones eléctricas y mecánicas, aplicada acá a la envolvente térmica del horno.

Limpieza y regulación del quemador

Los quemadores se mantienen en buen estado controlando tres aspectos: grado de limpieza, formación de incrustaciones y respuesta de los sistemas mecánicos. Los dos primeros se controlan con aditivos — los de tipo dispersante evitan el ensuciamiento y las incrustaciones, mientras que los de tipo disolvente se usan para limpiar un quemador ya sucio.

Antes de cada encendido es imprescindible purgar el hogar para evitar explosiones: la purga consiste en barrer con aire, sin dejar entrar combustible hasta haber eliminado por completo los posibles gases explosivos acumulados.

Una vez en marcha, hay que comprobar que el quemador se enciende instantáneamente y sigue funcionando sin interrupciones — para eso se usa un detector de llama que responde ante cualquier anomalía cortando el suministro de combustible.

Las operaciones rutinarias más frecuentes sobre el quemador son:

• Inspección periódica y frecuente de las boquillas
• Inspección periódica y frecuente del sistema de control de llama y del sistema de barrido
• Limpieza de las partes sucias
• No variar el tamaño del orificio ni el ángulo de atomización de las boquillas
• Mantenimiento y comprobación de especificaciones de los sistemas mecánicos

Control de la combustión

El objetivo del control de combustión es obtener el máximo rendimiento. Los puntos a controlar son el coeficiente de exceso de aire, los inquemados, las cenizas y los detectores de llama.

Los defectos básicos que arruinan una combustión son: defecto de aire (aire insuficiente), distribución no uniforme del combustible y/o del aire en la zona de combustión, temperatura insuficiente en esa zona, e insuficiente turbulencia para lograr una buena mezcla aire-combustible.

Control de los gases de combustión

Se hace periódicamente con un analizador de gases, que da información tanto del proceso de combustión como de infiltraciones y diluciones. Los parámetros de los humos a controlar son: caudal de gases, temperatura de los humos, % de O2, % de CO2, CO (en ppm) y partículas sólidas.

Una temperatura de los humos excesivamente elevada puede tener varias causas: exceso de tiro, hogar subdimensionado, cámara de combustión defectuosa, exceso de combustión, ajuste defectuoso del regulador de tiro, o recorrido insuficiente de los humos.

Para qué sirve esta secuencia de controles

El orden importa: la purga previene la explosión antes del encendido, el detector de llama corta el combustible si la llama falla durante la operación, y el control de combustión y de gases optimiza el rendimiento una vez que el quemador ya está funcionando de forma segura. Son tres capas distintas — seguridad antes de encender, seguridad durante el funcionamiento, eficiencia del proceso — y ninguna reemplaza a las otras dos.

Beneficios

• La purga y el detector de llama son medidas de seguridad simples y de bajo costo frente al riesgo que previenen (explosión del hogar)
• El análisis de gases da una lectura objetiva del rendimiento de la combustión, en vez de juzgarla solo por el color o el tamaño de la llama
• Las causas de temperatura de humos elevada están ya clasificadas — agilizan el diagnóstico cuando el análisis de gases muestra un problema

Limitaciones a tener en cuenta

• El analizador de gases y la cámara termográfica son instrumentos que hay que calibrar y mantener aparte — no son una inspección visual gratuita
• Los aditivos dispersantes y disolventes tratan el síntoma (suciedad, incrustación); si la causa es un mal ajuste de combustión persistente, el problema vuelve a aparecer
• El listado de 5 operaciones es para hornos con quemador — los hornos eléctricos de arco tienen otra lógica de mantenimiento, no cubierta acá

En resumen

En un quemador, el control de eficiencia y el control de seguridad son la misma rutina: purgar antes de encender, vigilar la llama durante el funcionamiento y analizar los gases para ajustar la combustión son pasos que, además de ahorrar energía, son lo que evita que un horno o una caldera se conviertan en un riesgo.