El quemador

La combustión17 _{de un gas requiere que éste se mezcle con el comburente (aire); dicha mezcla} puede efectuarse antes o en el mismo momento de la combustión, y no puede hacerse de forma arbitraria o aleatoria, ya que las propiedades de la combustión dependen de cómo se hace esta mezcla aire combustible.

Ilustración 3.5. Esquema y partes de un quemador atmosférico. Fuente: Biblioteca del Instalador de Gas. A.L. Miranda, R. Oliver

Pues bien, el quemador es el dispositivo que regula la mezcla aire-combustible, permitiendo la com- bustión controlada del gas, de ahí que su estudio sea fundamental para el diseño del calentador. El quemador es por tanto el dispositivo que mezcla de forma regulada el aire y el gas, permitiendo una correcta combustión. El encendido de la mezcla puede ser provocado externamente como en el caso de nuestro calentador, o bien puede llevar incorporado un sistema automático de encendido como en los calentadores modernos. El quemador debe garantizar que se cumplan los siguientes requisitos:

 La mezcla del gas y el aire debe ser homogénea y adecuada en función del tipo de llama que se desee.

 La llama debe de ser estable

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 La cantidad de gas que llegue al punto de mezcla debe ser la correspondiente a la potencia requerida.

 En general, se pretende que la combustión sea completa

La clasificación de los quemadores puede realizarse atendiendo a diversos criterios: por la forma de entrada de aire, por el color de su llama o por su aplicación. A continuación aparece una tabla con sus características.

Criterio Clasificación Características

Entrada aire Quemador atmosférico El aire entra de forma natural, mediante el efecto Venturi

Quemador mecánico El aire entra impulsado mediante un ventilador

Llama De llama azul/premezcla El aire se aporta en dos etapas: el aire primario previo a la combustión y el secundario De llama blanca Únicamente se aporta el aire secundario

Aplicación

Catalítico La combustión se lleva a cabo en el seno de una lana ignífuga, impregnada con una sustancia que favorece la combustión

Infrarrojos La combustión se lleva a cabo próxima a una pantalla _{cerámica que emite calor por radiación}

Soplete Se produce una llama de alta temperatura: se utiliza en _soldadura

Mechero Bunsen Es un quemador de llama azul, muy sencillo utilizado _{principalmente en laboratorios}

Tabla 3.1. Clasificación y características de los quemadores de gas. Fuente: Biblioteca del Instalador de Gas. A.L. Miranda, R. Oliver

El quemador de llama blanca puede estar constituido simplemente por un tubo por el que sale el gas directamente a través de uno o más orificios. No se lleva a cabo la mezcla previa de aire y gas. Al producirse la combustión, la llama toma el aire de la atmósfera que le rodea.

Cabe por tanto pensar, que si el aire que rodea la llama está enrarecido y no contiene la suficiente cantidad de oxígeno la combustión será incompleta ya que no existirá oxígeno suficiente para reac- cionar con el gas que sale por el orificio, dando lugar a la producción de monóxido de carbono (tóxi- co para el ser humano) e inquemados. Dado que la combustión en el calentador se iba a producir en el interior de la carcasa, en la que la aireación sería escasa o nula, se desecharon este tipo de que- madores con el fin de evitar la posible aparición de gases tóxicos.

El quemador de llama azul o de premezcla es el que utiliza el gas previamente mezclado con aire antes de la combustión. El aire aportado directamente, bien sea por aspiración natural (atmosférico) o por medios mecánicos, se denomina aire primario. El aire que se aporta a través de la llama se denomina aire secundario. La cantidad de aire primario acostumbra a ser, por lo general, el 60% del aire total aportado en la combustión.

Cuando el quemador está bien ajustado, la llama es estable y azulada. Y una característica importan- te de la llama azul es que la combustión tiende a ser con exceso de aire y, por tanto, completa, con lo que se elimina la producción de monóxido de carbono.

Por otro lado la utilización de un sistema de premezcla evitaba hasta cierto punto la utilización de un ventilador, el cual requiere una fuente de energía externa, de la que, como se ha explicado en el apartado 3.2, no se disponía. Quedó, por tanto, excluida también la idea de un quemador mecánico, lo que llevó finalmente a diseñar y calcular un quemador atmosférico de premezcla.

En los quemadores atmosféricos el aire primario es aspirado por efecto Venturi, el cual se explica en el ANEXO B.2. Este aire es aspirado del medio ambiente que rodea el calentador, a diferencia del secundario, que procede de los alrededores del quemador y contendrá menor cantidad de oxígeno. Este hecho hubo que tenerlo en cuenta ya que la calidad del aire podía afectar a la combustión. Este tipo de quemadores está constituido en su forma más simple por un inyector, la cámara de mezcla y el cabezal:

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Es el elemento encargado de provocar la depresión en el gas para favorecer la entrada de aire primario al circuito. Se trata de una tobera, con un orificio a la salida, que fija el caudal de gas según la presión. El diámetro de la sección de salida es mucho menor que el de en- trada. Esto provocará un aumento de la velocidad, y una consecuente disminución en la presión.

El diámetro de salida del inyector no debe ser modificado, ya que si esto ocurriera para una misma presión de entrada, se modificaría tanto la cantidad de gas como la proporción de aire, alterando las propiedades de la combustión en el quemador.

 Mezclador o cámara de mezcla

Es el elemento destinado a mezclar el gas con el aire, el cual entra por el mismo sitio que el inyector, o bien, a través de agujeros practicados en las paredes. El espacio por el que entra el aire primario se denomina lumbrera. En general, la lumbrera permite una regulación mediante diversos mecanismos.

 Cabezal

El cabezal contiene los orificios calibrados por donde sale la mezcla aire-gas. Se trata una pieza clave del quemador ya que, por un lado debe tener la forma adecuada para que la combustión se produzca dirigida a aquellas partes que se desea calentar, por otro permita una correcta aireación de la llama (aire secundario), y además, tenga el área de salida jus- to para que se produzca un equilibrio entre la velocidad de salida del gas y la velocidad de la reacción de combustión evitando así los fenómenos de avance o retroceso de llama que se explican en el ANEXO B.3