TECNOLOGIA DE LA COMBUSTION

Autor: LIESA CARRERA FERNANDO.
Año: 2003.
Universidad: ZARAGOZA .
Centro de lectura: CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR.
Centro de realización: CENTRO POLITÉCNICO SUPERIOR.

Resumen: Los óxidos de nitrógeno se consideran unos de los contaminantes principales debido a los problemas medioambientales que general. Estos compuestos son responsables, en parte, del smog fotoquímico, de la disminución de la capa de ozono y de la lluvia ácida. Una de las principales fuentes de generación de los óxidos de nitrógeno, y en concreto de NO, son los procesos de combustión. Por ello, es preciso el desarrollo de técnicas para la reducción de las emisiones de estos contaminantes. Existen diferentes técnicas para la reducción del NO, entre las que el proceso de reburning destaca por su versatilidad, eficiencia y bajo coste comparado con otras tecnologías. El proceso de reburning consiste básicamente en una modificación del proceso de combustión. Si inyecta un combustible secundario en una zona determinada de la caldera, produciéndose radicales hidrocarburos que son capaces de reaccionar con el NO y convertirlo en nitrógeno molecular. El proceso de reburning es efectivo en la mayoría de los sistemas de combustión y en la actualidad, una vez demostrada su efectividad, se está estudiando su mejora y optimización. En la mayoría de los estudios experimentales y teóricos del proceso del reburning presentes en la bibliografía se han supuesto condiciones de mezcla ideales. Si embargo, en instalaciones a escala real, el proceso de mezcla entre el combustible de reburning y los gases provenientes de la combustión primaria es una de los factores más importantes en la eficiencia de la reducción del NO. Por esta razón, el conocimiento de la influencia de la mezcla en la eficiencia del proceso de reburning y su sinergia con el resto de las variables influyentes resulta muy importante. Los dos factores más importantes que determinan el estado de mezcla en un sistema son: el flujo en el reactor y el estado de mezcla inicial de los reactivos (premezclado o no). En este contexto, el objetivo principal de este trabajo ha sido conocer la eficacia del proceso de reburning bajo diferentes condiciones de mezcla y determinar los efectos de la misma desde un punto de vista experimental, a escala de laboratorio, y teórico. Además, se ha pretendido conocer la sinergia de las variables más importantes (temperatura, estequiometría, tiempo de residencia) y el proceso de la mezcla. Para la consecución de los objetivos se ha realizado un estudio experimental del proceso de reburning en dos instalaciones, operando en flujo laminar y turbulento respectivamente. Además de estudiar la influencia de la mezcla en el proceso de reburning desde un punto de vista experimental, se ha desarrollado una serie de modelos que permiten describir de forma teórica los procesos de mezcla y reacción química en el proceso de reburning en condiciones de flujo laminar y turbulento. El estudio experimental y teórico realizado ha permitido extraer las siguientes conclusiones globales: - El proceso de mezcla entre el combustible de reburning y los gases provenientes de la combustión primaria ejerce una influencia importante en la eficacia del proceso de reburning. Las condiciones de mezcla influyen en la estequiometría local y en el proceso de oxidación de los combustibles, modificando la eficacia de la reducción del NO. - El proceso de reburning está influenciado por numerosas variables y existe una gran sinergia entre las mismas y las condiciones de mezcla. Por este motivo, es complejo determinar la influencia de estas variables de forma aislada, ya que su influencia se ve modificada por las condiciones de mezcla. Este hecho hace necesario que el proceso se estudie globalmente, para cada caso concreto en sus condiciones de operación, teniendo en cuenta la influencia de las variables y de las condiciones de mezcla de forma conjunta. - Los modelos desarrollados consiguen representar la influencia de las principales variables tanto en flujo laminar como en flujo turbulento y su sinergia con el resto de las variables importantes.

Autor: FERNÁNDEZ LLORENTE MIGUEL JOSÉ.
Año: 2003.
Universidad: VALLADOLID.
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS.
Centro de realización: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES.

Resumen: La utilización energética de la biomasa mediante combustión presenta un problema técnico importante: la formación de sinterizados y escorias de la ceniza, que reduce el rendimiento energético e incrementa considerablemente los costes de mantenimiento de las plantas térmicas. Los objetivos generales son estudiar, predecir y reducir la sinterización. Los capítulos 2 y 3 son teóricos y realizan una función informativa y recopilatoria. El trabajo experimental sigue un orden secuencial y está dividido en cinco capítulos. Así, en el capítulo 4 se empieza la fase experimental por caracterizar la ceniza y obtener una ceniza que pueda utilizarse para los ensayos y/o métodos predictivos de sinterización. Los resultados obtenidos en el capítulo 4, revelan que la ceniza entre 500º y 550º C es la más parecida en concentración de elementos a los originariamente contenidos en la biomasa. A partir de esta ceniza obtenida a 550º C, se realizan 5 ensayos predictivos en el capítulo 5. Los ensayos de laboratorio de sinterización (disgregación) y de fusibilidad son los que más se aproximan a los resultados obtenidos en una planta piloto, basada en un combustor de lecho fluidizado burbujeante (CLFB) de 1 MWt, cuando se comparan con el material de lecho y con la ceniza depositada sobre los tubos intercambiadores de calor. De acuerdo con los resultados obtenidos en el capítulo 6 comparando materiales, el caolín es el material más eficaz para reducir la sinterización, le siguen la cal y dolomita calcinada en igualdad de puntuación, ofita, caliza y domita también en igualdad de puntuación, alúmina, y por último la sílice, en este orden de mayor a menor. En el capítulo 7, se comentan los ensayos en el CLFB con material de lecho de sílice. El material seleccionado para sustituir al tradicional lecho de sílice es la caliza, debido a motivos técnicos y económicos. Para algunas de las biomasas con alto contenido relativo en elementos alcalinos se repiten otras pruebas con material de lecho de caliza, las cuales se ilustran en el capítulo 8. Para ambos materiales de lecho, el flujo de biomasa ha sido del orden de 200Kg/h, operando el lecho entre 700º C y 850º C y una duración de las pruebas similares entre ambos materiales de lecho, alrededor de 9 horas. Entre las conclusiones más relevantes de estos dos capítulos se encuentran: - La nula aparición de aglomerados en lecho de caliza para cardo y cáscara de almendra, biomasas éstas que formaron aglomerados en el lecho de sílice. Por tanto, se demuestra el buen comportamiento de la caliza para reducir la sinterización. - La reducción y eliminación de sinterizados en la ceniza depositada en los tubos intercambiadores cuando se opera con material de lecho de caliza frente la sílice, también prueba el buen comportamiento de la caliza.

Autor: SERRANO DE LA CRUZ MIGUEL.
Año: 2003.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: QUÍMICA.
Centro de realización: FACULTAD DE CC. QUÍMICAS.

Resumen: La valorización energética del orujillo, residuo sólido final de la extracción del aceite de oliva, consistente en una mezcla de hueso, pulpa y piel de aceituna, es un tema de gran interés actual en sectores energéticos y medioambientales. El objetivo de esta Tesis es demostrar la viabilidad técnica de procesos de combustión y gasificación de este tipo de biomasa en un nuevo reactor badado en la combinación de un lecho fluidizados con uno móvil. El sistema combinado se ha bautizado con el nombre de FLIMOV. El plan de trabajo consta de tres fases: diseño de válvulas J para el control de alimentación y la descarga del reactor, diseño fluidodinámico y control de sistemas FLUMOV y estudio del proceso de combustión/gasificación de biomasa en un gasificador FLUMOV. De los resultados se deduce que la valorización energética del orujillo a través de la combustión en FLOMOV no es posible ya que los generados tienen una composición más asimilable a la de un proceso de gasificación que a la de un proceso de combustión, donde el objetivo es obtener los productos de máxima oxidación (CO2 y H2O). Sin embargo, el proceso de gasificación es técnicamente viable en sistemas FLOMOV, en los que se obtienen buenos valores de composición y poder calorífico de los gases obtenidos. Comparando los resultados experimentales con los de otros autores se observa que la gasificación en FLUMOV mejora significativamente los rendimientos obtenidos mediante otros tipos de gasificador.

Autor: PAREDES ÁLVAREZ JOSÉ RAMÓN.
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: QUÍMICA.
Centro de realización: FACULTAD DE QUÍMICA-UNIVERSIDAD DE OVIEDO.

Resumen: Las políticas medioambientales actuales, están siendo encaminadas hacia la reducción de las emisiones gaseosas causantes del efecto invernadero. Dentro de este tipo de emisiones se encuadran las procedentes de las industrias siderúrgicas y más concretamente las que se producen en las baterías de hornos de coque. El metano, que es el principal contaminante de estas emisiones, es el segundo compuesto que más aporta el efecto invernadero después del dióxido de carbono, por su volumen de emisión y por su elevado valor de coeficiente de calentamiento global (GWP=21). Además del metano, en estas emisiones se encuentran otros gases de tipo inorgánico como son el CO, CO2, H2S, SO2, NH3, NO2, H2 y H2O, de los cuales los de azufre son también causantes de la lluvia ácida. En el presente trabajo se propone la oxidación catalítica com tecnología aplicable al tratamiento de dichas emisiones. La presente Tesis Doctoral se encuentra enmarcada dentro de un proyecto europeo más amplio, que ha sido realizado en colaboración con las Universidades de Oviedo, Católica de Lovaina y el Politécnico de Turín, participando Aceralia Corporación Siderúrgica, actual ARCELOR, como empresa colabora. Los objetivos de la Tesis se han establecido en función de los reseñados por dicho proyecto. La primera parte de este trabajo ha sido la preparación y selección del mejor catalizador de óxidos metálicos simples capaz de destruir el metano de una corriente gaseosa. Para ello se ensayaron diferentes óxidos señalados en la literatura como potenciales candidatos a catalizadores de oxidación como son los de Co, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, V y también de uno comercial mezcla de CuO-Cr2O3-TiO2 que está disponible para la oxidación de hidrocarburos. Se realizaron en esta parte del trabajo ensayos de actividad y estabilidad de los diferentes catalizadores preparados para establecer cuales de ellos presentan un mejor comportamiento para la oxidación de metano. Una vez caracterizadas las muestras usadas se establece que los catalizadores que presentan una mayor viabilidad son los de cobalto, cromo y manganeso. En una segunda parte de este trabajo se realiza un estudio detallado de la resistencia de estos catalizadores a los posibles venenos presentes en las emisiones. Los compuestos de azufre son los venenos reconocidos más importantes en oxidación catalítica y se establecieron ensayos de envejecimiento con compuestos como H2S y SO2 a diferentes temperaturas para estable su influencia en el comportamiento de los catalizadores. También se estudió el efecto del H2O sobre los catalizadores ya que en algunos casos presenta un efecto inhibidor sobre la oxidación de metano. Finalmente se realizó un ensayo de envejecimiento con una mezcla sintética que simula la concentración del efluente real para el catalizador de cromo que es el que presenta un mejor comportamiento en los ensayos anteriormente descritos. Un estudio cinético detallado de la oxidación de metano fue realizado para el catalizador de cobalto, que es que mejor conversión de metano presenta en ausencia de otros compuestos inorgánicos, y para el catalizador de cromo que como se ha establecido es el único que resiste la presencia del resto de compuestos del efluente. Los resultados de estos ensayos condujeron en ambos casos a ajustes adecuados a un modelo tipo Mars-van Krevelen. Posteriormente se prepararon una serie de catalizadores de óxidos mixtos calcinados a diferente temperatura a partir de percursores de sales de cobalto y cromo que ya habían dado buenos resultados. Se obtuvieron tres tiposde cromitas de cobalto que fueron sometidas a ensayos de actividad, envejecimiento y resistencia a compuestos de azufre, estableciendo que la muestra que presenta un mejor comportamiento es la calcinada a 6001ºC. Finalmente se ensayaron catalizadores desechables con alto contenido en hierro procedentes de lixiviados de la industria del aluminio. Estos catalizadores han presentado buenos resultados como catalizadores de hidrotratamiento y después de un proceso de activación, Tierras Rojas Activadas, fueron utilizados como catalizadores de oxidación totoal de metano. Estos catalizadores presentan un comportamiento similar al del Fe2O3 en la oxiadación de metano, si bien pierden drásticamente su actividad catalítica en presencia de compuestos de azufre.

Autor: INGUANZO OJEDA MONTSERRAT.
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: QUIMICA.
Centro de realización: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.

Resumen: En el presente trabajo se ha llevado a cabo un estudio de la pirólisis de fangos de EDARs urbanas e industriales. Para ello, se han desarrollado dos procedimientos a escala de laboratorio con los cuales se han establecido la condiciones óptimas de pirólisis, que se han basado en los criterios de valorización de los productos de pirólisis (residuo sólido, gases y aceites de pirólisis). Uno de los procedimientos consistió en llevar a cabo la pirólisis en un horno eléctrico de laboratorio, el cual cuenta con un sistema de recogida del residuo carbonoso y de los gases y líquidos de pirólisis, para su posterior caracterización. Por otro lado, se ha desarrollado también un nuevo proceso basado en la pirólisis de los fangos usando energía microondas. En este caso se han usado dos hornos microondas (unimodo y multimodo). Los productos de pirólisis obtenidos mediante los tratamientos en horno microondas fueron recogidos con un sistema similar al de la pirólisis convencional y sus características comparadas entre sí. En los casos en los que los tratamientos se llevaron a cabo con lodos húmedos (hasta un 80% de humedad) se encontró que no solamente se produce el secado y la pirólisis del fango, sino que éste también se gasifica parcialmente debido al vapor de agua presente. Así, secado, pirólisis y gasificación tienen lugar en una única etapa, que en el caso particular del tratamiento con microondas resulta ser rápida y de una gran eficacia energética. Con respecto a las características de los productos de pirólisis con ambos métodos, se puso de manifiesto que: (i) El residuo sólido resultante del tratamiento en microondas se encuentra parcialmente vitrificado, es menos poroso y más resistente a la lixiviación de compuestos orgánicos y metales pesados que su análogo obtenido en el horno eléctrico. (ii) Los aceites producidos en el tratamiento en horno microondas presentan un contenido en HAPs mucho menor que los obtenidos en el horno eléctrico a temperaturas similares. (iii) El tratamiento en microondas genera gases con unas proporciones de H2 (hasta el 40%) y CO superiores a los gases obtenidos por pirólisis en horno eléctrico, los cuales son más ricos en hidrocarburos ligeros.

Autor: GONZALEZ HEVIA MIGUEL ANTONIO.
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: QUIMICA .
Centro de realización: FACULTAD DE QUÍMICA- UNIVERSIDAD DE OVIEDO.

Resumen: La Tesis tiene como objetivo el estudio del tratamiento de emisiones gaseosas con bajo contenido en hidrocarburos por combustión catalítica. Dentro de los hidrocarburos gaseosos, destacan en cuando a demanda de tratamientos los compuestos orgánicos volátiles (precursores de ozono troposférico) y el metano (segundo gas más importante en la generación de efecto invernadero antropogénico), existiendo para ambos legislaciones más restrictivas que entrarán en vigor en los próximos años en la Unión Europea. Para los resultados del trabajo se ha tomado el metano como compuesto modelo por ser el que tiene un mayor volumen de emisiones y por ser también el más refractario a la combustión catalítica es una de las que cuenta con un mayor número de ventajas, que se ven acrecentadas cuando se adoptan configuraciones que permiten aumentar la eficacia energética, aspecto muy importante en los costes de operación y en el impacto ambiental de estos procesos. Es el caso de los sistemas regenerativos, dentro de los que los reactores catalíticos con inversión periódica de flujo (RCIPF) constituyen una atractiva alternativa. En la Tesis se estudia la combustión de mezclas diluidas de metano en RCIPF, con el objetivo de contribuir al avance en el conocimiento de estos sistemas. Para ello se han abordado algunos aspectos inéditos o escasamente tratados en la bibliografía previa. En primer lugar, se ha diseñado y construido un reactor de investigación dotado de un sistema de control de temperatura que permite realizar la compensación dinámica de las pérdidas de calor, salvando las limitaciones clásicas de los equipos de investigación para conseguir un comportamiento adiabático. En segundo lugar, se plantea un modelo heterogéneo unidimensional en estado no estacioanrio que tiene en cuenta el efecto de la interacción térmica entre el lecho y la pared del reactor y que se resuelve a través de un programa Fortran que utiliza la subrutina de resolución numérica LSODES (perteneciente a ODEPACK). Con el programa de simulación, se han comparado los RCIPF con otros sistemas catalíticos no estacionarios, como son las redes de lechos fijos con cambio periódico del punto de alimentación (también llamados lechos circulantes simulados), poniéndose de manifiesto las mejores perspectivas que presentan los primeros de cara a su aplicación industrial. Por otra parte, el equipo de investigación ha sido puesto a punto por medio de experimentos sin reacción y posteriormente el modelo ha sido validado por medio de un estudio experimental de la influencia de las principales variables en la combustión en RCIPF (actividad del catalizador, tiempo de inversión, concentración de entrada y caudal de entrada). También se ha llevado a cabo, por medio de simulaciones, un estudio detallado de la influencia de las propiedades térmicas del material constituyente de la pared del reactor sobre el funcionamiento de los RCIPF, que puede llegar a ser muy importante en equipos de dimensiones reducidas como los que se utilizan en investigación, cuyas conclusiones han sido ratificadas experimentalmente. Por último, se ha diseñado un sistema de control anticipativo para RCIPF, con el tiempo de inversión como variable manipulada. El objetivo del sistema de control es mantener el estado de ignición en el reactor, previniendo además el aumento de la temperatura máxima y la concentración de salida por encima de valores predeterminados. El sistema de control ha sido probado satisfactoriamente a través de ejemplos de realización simulados y experimentales.

Autor: ARIAS ROZADA BORJA.
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: QUÍMICA .
Centro de realización: FACULTAD DE QUÍMICA.

Resumen: La mezcla de carbones es una práctica cada vez más común en centrales térmicas de carbón pulverizado. Esto es debido a razones estratégicas, económicas y medioambientales. El carbón es el combustible fósil más abundante y con una mayor dispersión geográfica de yacimientos. La mezcla de carbones aumenta la disponibilidad y permite la reducción de los costes. Sin embargo, el comportamiento de las mezclas es, en muchas ocasiones, desconocido y no existe una sistemática adecuada para su predición. Algunos aspectos de la combustión de las mezclas pueden conocerse a partir de las propiedades de los carbones individuales. Otros aspectos, como son la eficacia de combustión y las emisiones de Nox, no se puede estimar fácilmente. El estudio de las interacciones que pueden surgir entre los carbones de una mezcla es de gran utilidad para predecir el comportamiento de dichas calderas a escala industrial. Durante el presente trabajo se ha llevado a cabo el estudio de una serie de siete carbones, de distinto rango y origen geográfico, y de cuatro mezclas de carbones. Se realizó un estudio previo del comportamiento de los carbones y las mezclas en un analizador termogravimétrico mediante su combustión no isotérmica (perfiles de combustión). Para simular más adecuadamente las condiciones que ocurren en una caldera industrial de carbón pulverizado, se utilizó un reactor de flujo en arrastre. En este dispositivo se llevaron a cabo una serie de experimentos de desvolatilización y combustión de los carbones y las mezclas. Algunos de los carbones manifestaron un comportamiento distinto al que se había observado en el analizador termogravimétrico, debido al régimen diferente de combustión. Durante la combustión de las mezclas se detectó la existencia de interacciones entre los carbones, que afectan la eficacia de combustión y, especialmente, a la emisión de óxidos de nitrógeno. Realizados los estudios experimentales, se llevó a cabo la modelización de la combustión de carbones individuales y de las mezclas en el reactor de flujo en arrastre. Los modelos desarrollados han permitido describir el comportamiento de los carbones y sus mezclas, así como predecir el grado de conversión que alcanzan en este dispositivo esperimental. Por último, en la realización de este trabajo, se ha aplicado la metodología desarrollada para modelizar la combustión de carbón, al caso de una caldera industrial de carbón pulverizado con quemadores en disposición tangencial, obteniéndose una buena predicción del grado de conversión alcanzado por el carbón durante la operación normal de la planta.

Autor: PEVIDA GARCÍA M. COVADONGA.
Año: 2003.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: QUÍMICA .
Centro de realización: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.

Resumen: El futuro de la generación de energía a partir del carbón está estrechamente vinculado con la preocupación por el medio ambiente. Las nuevas tecnologías de combustión crean unas condiciones de operación favorables para la reducción de Nox proveniente de la materia volátil, disminuyendo así la proporción final de óxidos de nitrógeno. Sin embargo, el residuo carbonoso o carbonizado es un material rico en nitrógeno y constituye la principal fuente de Nox. El conocimiento de la química del carbón es fundamental para la comprensión de los mecanismos involucrados en las emisiones de óxidos de nitrógeno a partir del nitrógeno contenido en el carbón. Frente a la complejidad estructural del carbón, el empleo de compuestos modelo facilita notablemente el estudio, aportando funcionalidades conocidas en un entorno químico definido. En el presente trabajo se ha obtenido un carbón modelo de composición y propiedades definidas, que simula adecuadamente el comportamiento de un carbón bituminoso alto en volátiles, Camocha (CA). La optimización, lo que ha permitido definir con precisión sus propiedades físicas y químicas. El carbón modelo presenta el mismo tipo de centros activos que el carbón CA. Sin embargo, el carbonizado modelo es más reactivo que el carbonizado CA debido a su superior desarrollo textural y estructural. El dispositivo experimental utilizado está compuesto por un espectrómetro de masas (MS) y un espectrofotómetro infrarrojo por transformada de Fourier (IRTF) montados en paralelo, y acoplados ámbos a un analizador termogravimétrico (TG). Se han llevado a cabo experimentos de pirólisis y combustión a temperatura programada; asimismo, se ha desarrollado una sistemática experimental de análisis cuantitativo para el estudio de la reducción heterogénea de NO sobre el carbonizado modelo, analizando la influencia de la temperatura, así como del tipo y concentración de centros activos. El hecho de poder controlar la composición del carbonizado modelo y la utilización de un gas reactivo marcado isotópicamente (15NO), han resultado cruciales en el desarrollo del presente trabajo. Los resultados obtenidos han permitido el planteamiento de mecanismos de formación de especies nitrogenadas, en experimentos de pirólisis y combustión, y la elucidación de los mecanismos de reducción heterogénea de NO sobre la superficie de materiales carbonosos. Todo ello en ausencia del efecto catalítico que podría derivarse de la presencia de materia mineral.

Autor: MELLADO RAMIREZ JOSE DAMIAN.
Año: 2002.
Universidad: CARLOS III DE MADRID.
Centro de lectura: ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR .
Centro de realización: UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID.

Resumen: Se analizan dos problemas relativos a la combustión del hidrógeno, como son la ignición del hidrógeno en capas de mezcla sometidas a un ritmo de estiramiento variable y la combustión en superficies catalíticas en la configuración de punto de remanso. Se han combinado los métodos analíticos y asitóticos con integraciones numéricas, lo que nos ha permitido aportar información cuantitativa de interés práctico en aplicaciones tecnológicas.Para la ignición de capas de mezcla, se ha desarrollado un método novedoso de reducción de la química en problemas de crecimiento de radicales por ramificación que supone una generalización de la hipótesis de estado estacionario y que permite la descripción del proceso de ignición en función de una única variable representativa de de la concentración de radicales.Se incluye un análisis asintótico para capas de mezcla debilmente estiradas, en las que el ritmo de estiramiento impuesto es mucho menor que el valor crítico correspondiente a ignición. Los resultados permiten calcular, mediante expresiones sencillas, tiempos y distancias de ignición en gran variedad de configuracione sde interés, con excelente grado de acuerdo con las simulaciones numéricas y los resultados experimentales. para la combustión catalítica en la configuración de punto de remanso, se ha encontrado una formulación simplificada en la que el sistema de ecuaciones diferenciales en la fase gaseosa se integra una sola vez, obteniedose expresiones para los gradientes normalizados de flujo de calor y de flujo de especies en la pared catalítica.Utilizando esta formulación, se realiza un análisis asintótico, basado en la alta energía de activación de la reacción de desorción del radial H, para las condiciones críticas de ignición del hidrógeno en una placa de platino. El análisis proporciona una relación simple para las condiciones críticas de ignición con muy buen grado de acuerdo con los resultados numéricos

Autor: MÉNDEZ FORERO LILY BETH.
Año: 2002.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: INGENIEROS DE MINAS .
Centro de realización: E.T.S DE INGENIEROS DE MINAS DE OVIEDO.

Resumen: La formación de depósitos minerales en las superficies de transferencia de calor en las calderas de carbón pulverizado es uno de los mayores problemas a los que se enfrentan las centrales térmicas. La acumulación incontrolada de escorias interfiere en la operatividad de la central, causando serios problemas de eficiencia. Dado que las características del carbón determinan su comportamiento durante el proceso de combustión, en este trabajo se ha planteado el estudio del efecto de la composición de la materia mineral y su asociación con la materia orgánica en la reactividad del carbón, y en la estructura y reactividad del char, así como en la capacidad para formar depósitos minerales. Mediante diferentes técnicas tales como microscopía óptica y electrónica, espectroscopía de absorción atómica, difracción de rayos X y fluorescencia de rayos X, entre otras, se han identificado las diferencias en la composición y distribución de especies minerales en una serie de carbones de distinto rango y composición maceral. Además se han separado diferentes fracciones densimétricas de cada carbón lo que permite determinar la influencia del grado de asociación de las mismas especies minerales a una matriz orgánica que presenta también características similares. Mediante análisis termogravimétrico, tanto de los carbones de partida como de sus fracciones desimétricas, apoyado en el análisis de las cenizas de baja y alta temperatura, se ha evaluado la combustibilidad de los carbones y chars en base a su composición mineralógica y distribución en la materia carbonosa. Para determinar la influencia de la composición mineral del carbón y su asociación a la materia orgánica en la formación de depósitos minerales, se realizaron ensayos de combustión a escala de laboratorio, obteniendo los depósitos de los carbones originales y de tres fracciones densimétricas procedentes de una antracita. En términos generales, se observó que la formación de depósitos no sólo depende de la composición de la materia mineral del carbón, sino también de su interacción durante el proceso de combustión. La presencia de materia orgánica asociada hace que se alcancen temepraturas más altas, aumentando su fluidez y permitiendo la aglomeración de algunas partículas de ceniza. En contraste, las partículas de materia mineral excluida tienen poca o ninguna interacción hasta que se produce el depósito.

Autor: HECHAVARRIA GOLA TERESA LUCIA.
Año: 2001.
Universidad: CANTABRIA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ETSII Y T.

Resumen: Desde el inicio de la era industrial, la obtencion de energia a partir de combustibles fosiles ha influido significativamente en el cambio de la quimica de la atmosfera. Durante la combustion se emiten una variedad de gases que pueden originar riesgos ambientales. Un componente de estos gases de combustion es el SO procedente, principalmente, de quemar carbon con un alto contenido de azufre en las centrales termicas. Este gas ademas es el principal causante de la existencia de la lluvia acida. Actualmente el esfuerzo de los paises y de los cientificos, esta dirigido a la disminucion de su emision a traves de la aplicación de diferentes tecnologias. Una de las mas empleadas por su secillez y bajos costes de inversion, sobre todo en centrales termicas ya existentes, es la inyeccion de sorbentes de base calcica en la conduccion de los gases de combustion, antes de su salida por la chimenea. La reaccion Gas-Solido entre el dioxido de azufre y el hidroxido de calcio a bajas temperatura se caracteriza por la baja utilizacion del solido. De ahí, la necesidad de estudiar el proceso, con el fin de mejorar su eficiencia. Con el fin de mejorar el rendimiento de la desulfuracion y la utilizacion del solido, se estudia el comportamiento cinetico no ideal de la reaccion de desulfuracion de gases con hidróxido de calcio a baja temperatura. Este trabajo de investigacion se ha estudiado el comportamiento cinetico de solidos mas reactivos obtenidos a nivel del laboratorio, los cuales empleados durante la desulfuracion de una corriente de gases de combustion sintetica en un reactor de lecho fijo a una temperatura de 60ºC para las humedades relativas del 40,50,60 y 70%. Con los datos cineticos adquiridos se desarrollo la segunda etapa del estudio, la descripcion de los fenomenos propios de la reaccion de sulfatacion a traves de modelos cineticosno ideales que incluian a la adsorcion no ideal, la nucleacion o la condensacion capilar. Por ultimo, se procedio a la estimacion de los parametros de estos modelos, con el fin de que puedan ser empleados en la simulacion del proceso de inyeccion en conduccion.

Autor: FULLANA FONT ANDRES.
Año: 2001.
Universidad: ALICANTE.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS.

Resumen: En el presente trabajo, se ha realizado un estudio sobre la combustión de neumáticos usados y lodos de depuradora, centrado en los siguientes aspectos: * Mediante análisis termogravimétrico se ha propuesto un modelo cinético de combustión para la descomposición de los neumáticos usados y los lodos de depuradora de forma comparativa con la pirólisis. El modelo propuesto implica la descomposición de 4 fracciones en el caso del neumático usado y 3 fracciones en el caso de los lodos de depuradora. * Se han identificado y cuantificado más de 200 compuestos distintos en los experimentos realizados de pirólisis y combustión. Se ha realizado una búsqueda bibliográfica de las propiedades químicas y de toxicidad de estos compuestos. Utilizando distintas cantidades de muestra, se ha estudiado la influencia de la relación de oxígeno con el rendimiento de los compuestos analizados en los experimentos de combustión. Según el comportamietno de los rendimientos de los compuestos con la relación de oxígeno se han clasificado los compuestos identificados. Trabajando a distintas temperaturas nominales de 650, 750, 750, 850, 950 y 1050ºC en nitrógeno, se ha estudiado el efecto de la temperatura en los rendimientos de los compuestos producidos por pirólisis. Se han clasificado los compuestos identificados según su comportamiento frente a la temperatura. Trabajando también a distintas temperaturas nominales 650, 750, 750, 850, 950 y 1050ºC en aire, se ha estudiado el efecto de la temperatura en los rendimientos de los compuestos producidos por combustión. Se han clasificado los compuestos identificados en dos grupos según su comportamiento frente a la temperatura. * Se ha comparado los compuestos formados a 850ºC en siete lodos diferentes. Se han realizado 14 experimentos, 7 de pirólisis en una atmósfera de nitrógeno y 7 de combustión en aire. Se ha estudiado el efecto producido por los diferentes orígenes de éstos así como la relación existente entre los productos de pirólisis y combustión. * Se ha estudiado el efecto producido por catálisis heterogénea entre los productos producidos en la combustión con las cenizas de los lodos. También se ha estudiado el efecto de la presencia de cloruro de hidrógeno así como la presencia de cobre en la formación de compuestos orgánicos clorados. En este apartado se ha utilizado en el estudio de los compuestos de combustión incompleta, introduciendo pequeñas modificaciones. En estos experimentos se han analizado, además de los compuestos semivolátiles mayoritarios, los policlorodibenzofuranos y las policlorodibenzo-p-dioxinas.

Autor: GARCÍA MARTINEZ TOMÁS.
Año: 2001.
Universidad: ZARAGOZA.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: UNVERSIDAD DE ZARAGOZA.

Resumen: El trabajo expuesto en esta memoria tiene como objetivo el control de las emisiones de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en procesos de generación de energía, con la intención de poder cumplir próximas regulaciones sobre la emisión de estos compuestos a la atmósfera. El estudio del control de las emisiones de HAP se llevó a cabo durante dos etapas diferentes: durante y en post-combustión. En la primera etapa, proceso de combustión, se estudian el efecto de la incorporación de un sólido poroso, como es la caliza, el reactor de combustión de lecho fluidizado a presión atmosférica (AFBC), así como características del diseño del reactor. En la segunda etapa, se actúa en la corriente de salida de gases y se basa en el proceso de adsorción sobre materiales carbonosos de alta superficie específica. El estudio de los parámetros que controlan el proceso de adsorción se realiza tanto a partir de compuestos modelo en el laboratorio, como en condiciones reales de combustión en un AFBC. Con compuestos modelo se ha estudiado la influencia de la temperatura, las características del adsorbente, el tipo de de adsorbato y la presencia de otras especies en los gases de combustión, como vapor de agua, CO2 y otros HAP, sobre la capacidad de adsorción de los HAP por materiales carbonosos. Posteriormente, la utilización de los adsorbentes en condiciones reales de combusión, corroboró las conclusiones previamente alcanzadas. Se concluye, que durante ambas etapas las tecnologías aplicadas son útiles para el control de las emisiones atmosféricas de HAP. En el caso de la utilización de caliza, al mismo tiempo que se produce un aumento de las emisiones totales de HAP se observa una concentración de las emisiones atmosféricas en la materia particulada. Es por ello que se hace necesario el uso de sistemas atomosféricas en la materia particulada. Es por ello que se hace necesario el uso de sistemas de alta eficacia para el control de la materia particulada. Por otro lado, el empleo de adsorbentes para la limpieza en caliente de la corriente de salida de gases, resulta ser una tecnología eficaz para el control del 100% de las emisiones atmosféricas de HAP.

Autor: BLESA MORENO M. JESÚS.
Año: 2001.
Universidad: ZARAGOZA.
Centro de lectura: CIENCIAS.
Centro de realización: INSTITUTO DE CARBOQUÍMICA.

Resumen: Se han preparado briquetas combustibles sin humos para diferentes usos a partir de carbones de bajo rango y biomasa. Estos materiales se pirolizaron con objeto de reducir los volátiles y el contenido de azufre del carbón de partida. Debido a la dificultad de aglomeración de estos carbonizados se hace necesario el uso de ligantes, humatos, melazas y almidón, materiales que por diferentes procesos físico-químicos, según la naturaleza de los mismos, provocan o facilitan la unión de las partículas a aglomerar. El curado de las briquetas se realizó un objeto de mejorar sus propiedades mecánicas. Las briquetas preparadas con melazas presentan siempre una resistencia mecánica mayor que las preparadas con humatos debido al doble comportamiento de las melazas como ligante, tipo matriz y tipo químico. Cuando se preparan las briquetas con humatos es conveniente la utilización de tratamientos térmicos más suaves. La morfología de las materiales y briquetas crudas y curadas, con y sin aditivos de calcio preparadas con humatos y melazas se determinó mediante microscopía óptica y microscopía electrónica de barrido con energía disperiva para conocer la distribución del ligante, la dispersión del calcio y el efecto de las condiciones de curado. Las estructuras moleculares formadas durante el curado se siguieron mediante espectroscopia infrarroja y espectrometría de masas; en este segundo caso los cambios moleculares se siguieron mediante la descomposición de las briquetas curadas en atmósfera inerte. Los criterios seguidos para la selección de las briquetas más adecuadas como combustibles sin humo fueron el contenido de volátiles al impacto (IRI), la resistencia a la comprensión y el índice de resistencia al agua (WRI). Las emisiones de SO2 se reducen considerablemente cuando se utilizan aditivos de calcio especialmente cuando el co-carbonizado utilizado contiene el 50% de carbón o cuando se reduce el contenido del carbón en la mezcla al 33%. El comportamiento general de las briquetas indica una combustión lenta, uniforme y sin humo. Estos datos ponen de manifiesto la buena calidad de estas briquetas preparadas, y más, teniendo en cuenta las características del carbón de partida, su pequeño tamaño y su forma.

Autor: ALFARO MARTÍNEZ JOSÉ ANTONIO.
Año: 2001.
Universidad: CARLOS III DE MADRID.
Centro de lectura: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR.
Centro de realización: UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID.

Resumen: Se describen las investigaciones llevadas a cabo en una cámara de combustión continua de premezcla pobre de bajas emisiones de óxidos de nitrógeno, especialmente construida con paredes de acceso óptico total que permitan la utilización de técnicas de visualización y medida no intrusivas. Primeramente se describe el banco de pruebas para cámaras de combustión de premezcla pobre empleados. Los primeros ensayos realizados proporcionan una caracterización en apagado pobre de la cámara para un amplio rango de condiciones de operación. Los resultados muestran un comportamiento satisfactorio de la cámara, a pesar de la existencia de inestabilidades de combustión, típicas de las cámaras LPP. Se presentan estudios de frecuencias y amplitudes de las oscilaciones en numerosas condiciones de funcionamiento de la cámara, orientados a investigar los mecanismos que producen las inestabilidades e identificar las condiciones bajo las que se presentan, y se analizan los resultados obtenidos. Por último se presentan los primeros resultados obtenidos de medida con PIV, que proporcionan un campo de velocidades de dos componentes en el que se pueden observar las principales características de la estructura del flujo turbulento con combustión que se desarrolla dentro de la cámara.

Autor: CHATRIS RIU JOSEP M..
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE CATALUÑA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES .
Centro de realización: ESCOLA TÉCNICA SUPERIOR D'ENGINYERIA INDUSTRIAL DE BARCELONA.

Resumen: De los diversos accidentes que pueden ocurrir en una industria del sector químico (fugas, incendios, explosiones, nubes de gas), el incendio de charco es el que, en términos generales, tiene un radio de acción más reducido; asimismo, sus efectos son temibles, ya que la radiación térmica procedente del incendio puede afectar otras zonas de la instalación y, consecuentemente, generar nuevos accidentes por efecto dominó. A pesar de esta problemática, el conocimiento actual de este tipo de incendios, sobre todo cuando se trata de una escala relativamente grande (diámetros superiores a 1 m), es todavía bastante escaso. Adicionalmente, los modelos existentes presentan notables deficiencias (escala experimental pequeña, variación de la temperatura de la llamada desconocida, conocimiento muy pobre de la fase de desarrollo del incendio, discrepancias referentes a la caracterización de la velocidad de combustión, etc.). Así pues, dicha tesis doctoral, a partir de una serie de pruebas experimentales realizadas con gasoil con gasolina, ha permitido la caracterización de una serie de parámetros de especial relevancia, entre los que cabe destacar los siguientes: * Caracterización de la velocidad de combustión durante las diferentes fases de desarrollo del incendio y establecimiento de una correlación para estimar dicho parámetro en función del diámetro y del tipo de combustible. * Análisis del comportamiento de la velocidad de combustión al producirse la ebullición súbita de la capa de agua existente debajo de la copa de combustible. * Determinación de la emisividad del gasoil y de la gasolina en función del diámetro. * Caracterización de la evolución de la temperatura en el interior y en la superficie de la llama en función de la altura, de la posición radial y del diámetro.

Autor: MOTA MARTÍN JOSÉ MANUEL.
Año: 2000.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: QUÍMICA.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS.

Resumen: Se ha desarrollado un combustible de alta energía para motores cohete, constituido por una base de boro más un elemento reductor. Se eligió el boro como combustible dados sus excelentes valores termodinámicos de combustión por unidad de volumen, frente a los combustibles tradicionales. El problema que presenta el boro en los procesos de combustión, es la formación de una capa de óxido superficial, la cual, retrasa el proceso de ignición, diminuyendo el rendimiento del motor cohete. Las soluciones aportadas en este trabajo se basan en la incorporación de elementos reductores como el aluminio, magnesio y coke a la estrucura del boro y de esta forma evitar la formación de la capa de óxido de boro en la primera etapa de la combustión(ignición). La incorporación de los reductores a la estructura del boro se realiza mediante la tecnología de polvos. El propelente obtenido en forma de composite fue ensayado en bomba de combustión controlada y los resultados obtendios se compararon con los resultados obtenidos en la combustión de un propelente de la misma composición pero que incorpora boroamorfo en lugar del boro sinterizado.

Autor: GARCÍA ALONSO M. JESÚS.
Año: 2000.
Universidad: OVIEDO.
Centro de lectura: INGENIEROS DE MINAS.
Centro de realización: FACULTAD DE QUÍMICAS.

Resumen: El objetivo principal de este trabajo consiste en el seguimiento a escala de laboratorio de las transformaciones físico-químicas que se producen en el carbón durante el proceso de combustión. Se ha prestado atención especial a la heterogeneidad original del carbón y a las carcterísticas del char (residuo sólido rico en carbono procedente de la etapa de pirólisis). Se han estudiado las transformaciones sufridas pro treinta carbones seleccionados, de distintas procedencias y carcterísticas durante su pirólisis y su combustión, para evaluar la influencia del grado de evolución y la composición maceral sobre la estructura del char y el efecto de la misma sobre la eficacia de combustión. La caracterización de los carbones se realizó mediante técnicas analíticas convencionales, espectroscopia IRTF y microscopía óptica de luz reflejada. Los chars se obtuvieron a 1000 ay 1300ºC en condiciones que simulan las existentes en una caldera industrial (temperaturas elevadas, en el intervalo de 1300-1700ºC y tiempos de residencia del orden de segundos). La textura óptica y morfología de los chars se estudió mediante técnicas petrográficas y su reactividad química se determinó en termobalanza a diferentes temperaturas. El estudio profundo del proceso de desvolatilización ha permitido ahondar en el comportamiento de un determinado carbón durante este proceso y a la vez sistematizar la contribución de los distintos macerales. El análisis detallado de los perfiles de pirólisis y de combustión ha demostrado las diferentes transformaciones sufridas por el carbón durante el tratamiento térmico programado en atmósfera oxidante y reductora, y la necesidad de interpretar con cautela los perfiles de combusión a la hora de interpretar la diferente combustibilidad de los carbones. Los resutlados de la carcterización de los chars obtendios a distitnas temperaturas, a partir de carbones de rango y composición maceral variable, han mostrado la influencia de la temperatura en la obtención del char y de las carcterísticas del carbón de partida en las propiedades plásticas y en la reactividad del material que constituye el carh. Los resultados han permitido dilucidar efectos positivos y negativos de la heterogeneidad maceral y el rango del carbón en la reactividad del char.

Autor: CARMONA FRANCO MANUEL SALVADOR.
Año: 2000.
Universidad: CASTILLA-LA MANCHA.
Centro de lectura: QUÍMICA.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS.

Resumen: En el presente trabajo se ha estudiado la caracterización del material particulado Diesel (MPD), el mecanismo de formación de éste a través del tubo de escape y evaluado la influencia de los parámetros del combustible y condiciones de operación del motor con modelos caja negra y modelos cinéticos. En material particulado emitido por un motor Diesel de inyección de la marca Renault modelo F8Q, se recogió en filtros utilizando un mini-túnel como sistema de muestreo. En la determinación de la fracción soluble se estudiaron las técnicas microondas, ultrasonidos, fluidos supercríticos y la soxhlet tradicional. El óptimo de extracción se obtuvo con la técnica soxhlet con 400 cilcos y con un disolvente consituido por una mezcla de diclorometano/benceno de 70/30. Adicionalmente se utilizaron las técnicas analíticas: LALLS, SEM, CG, HPLC, TGA y BET para determinar la distribución de tamaños,morfología, composición, temperaturas de evaporación y el área superficial del MPD. De los resultados obtenidos se pude resaltar: - A mayor contenido en hidrocarburos aromáticos en el combustible mayor emisión de MPD. - La fracción soluble es procedente principalmente del aceite lubricante,contribuyendo en gran medida a la misión de los diferentes hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs). - El mecanismo que domina la formación del MPD es la condensación y posterior adsorción de los diferentes hidrocarburos que componen la fase gaseosa sobre el material sólido. - En el modelo cinético planteado, mientras menor es la cantidad de aire utilizado para la combustión de los diferentes hidrocarburos, mayor es la emisión del hollín. - El modelo cinético planteado reproduce las tendencias experimentales en la emisión de hollín y Nox.

Autor: NAVARRETE RUBIA BENITO.
Año: 1999.
Universidad: SEVILLA.
Centro de lectura: INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS.

Resumen: El objetivo principal de la Tesis ha sido el estudio y caracterización del funcionamiento de los electrofiltros operando con cenizas de alta y baja resistividad, para ello se ha realizado un extenso programa experimental desarrollado sobre una planta piloto de precipitación electrostática muy versátil, instalada en una central térmica de granpotencia, de la que se tomaron gases de combustión reales par los ensayos, procedentes de diferentes tipos de carbón, especialmente aquellos que producen cenizas con manifiestas dificultades par la precipitación, como son las de alta y baja resistividad. El plan experimental se ha basado en el diseño factorial de experimentos, y sus resutlados hanpermitido determinar y cuantificar la influencia de las variables fundamentales del diseño, diemnsionado y operación de los electrofiltros, consituyendo una guía o modelo aplicable tanto al diseño como a las pautas de funcionamiento. En base a estos resultados se ha realizado un análisis demnsional de los fenomenos de la precipitación y un análisis estadísitco que ha permitido confecionar uan serie de modelos paramétricos que relacionan el rendimiento de estas unidades conlas variables geométicas y eléctricas y que permite su aplicaciónal prediseño y la extrapolación de resultados a escala industrial.