Efecto de la emulsión

Por Jesús M. Guzmán Chinea*

Parámetros para la óptimacalidad de las emulsiones
de fuel-oil y agua

   

Es evidente que la utilización de emulsiones no afecta la corrosión de las calderas. Debido al pequeño incremento de agua de combustión no se puede hablar de un efecto directo de la emulsión en la formación de anhídrido sulfúrico (SO3), pero indirectamente sí es posible hablar de un decrecimiento de éste, debido a que al facilitarse la combustión completa puede reducirse el exceso de aire, lo que lleva asociado un descenso en la formación de este compuesto (Fig. 1).


Fig. 1. Relación entre el oxígeno y
los compuestos SO2 y SO3.

Factores que intervienen en el paso
de SO2 a SO3
a) Contenido de azufre en el petróleo.
b) Nivel de exceso de aire de la combustión.
c) Contenido de vanadio del petróleo.
d) Suciedad y tiempo de operación de la caldera.
e) Diseño, carga e infiltración de aire en la caldera.

Determinación de la temperatura de preparación del combustible
La emulsión permite trabajar con menores temperaturas de precalentamiento del combustible aunque la viscosidad no sea baja, ya que la atomización secundaria logra efectos satisfactorios independientemente de que la atomización primaria no haya sido buena.

En la práctica se ha demostrado que en los combustibles emulsionados se ha podido disminuir la temperatura de preparación del combustible entre 40 y 50 °C sin afectar la combustión.

La temperatura de los gases de escape disminuye producto de que como las superficies de contacto de la caldera se mantienen limpias, existe mayor transferencia de calor entre los gases calientes y el agua que pasa por dentro de los tubos. Además, como la combustión completa se logra a través de la emisión, la caldera permite que sea ajustada, por lo que disminuye el exceso de aire.

Calidad de la emulsión
Los parámetros que se deben medir para que una emulsión fuel-oil y agua sea de óptima calidad, son los siguientes:

a) Diámetro medio de la gotícula de agua.
La práctica y la literatura confirman que el diámetro medio óptimo de la gotícula de agua, emulsionada en el combustible fuel-oil, es de 2 a 5 mm. Con valores por debajo de 2 mm en la gotícula al evaporarse no tiene la presión necesaria para realizar el fenómeno de la microexplosión y poder fraccionar la gota de combustible; por otra parte, con valores mayores de 5 mm se incrementa la pérdida de energía por concepto de absorber calor la gotícula de agua para evaporarse.

     
Fig. 2. Uniformidad (a)
e informidad (b) de la gotícula de agua.
 
Fig. 3. Correcta (a)
e incorrecta (b) uniformidad de la
gotícula de agua.
 
Fig. 4. Correcta (a) e incorrecta (b) población de la gotícula de agua.
 
           

En nuestra experiencia, con el empleo del emulsor estático de flujo laminar varía el diámetro medio de la gotícula, en dependencia de los diferentes porcentajes de agua empleada en la emulsión. Es por ello que existe un tanto por ciento óptimo de agua para la emulsión de los combustibles que determina el nivel óptimo de eficiencia y ahorro.
En la tabla 1 se refieren los diámetros medios obtenidos para cada tanto por ciento de agua, empleando el emulsor estático de flujo laminar.

Tabla 1. Diámetros de la gotículas
en dependencia del volumen de agua

b) Uniformidad de la gotícula de agua.
Este aspecto es importante, pues de él depende la estabilidad de la emulsión.
En la figura 2a existe uniformidad en las gotículas de agua, las cuales toman la forma de una esfera. Al producirse la microexplosión, la pérdida por absorción de calor es la misma y el efecto será mayor; además, no permite que se agrupen las gotículas de agua.
En la figura 2b se muestra que al no existir uniformidad en la gotícula de agua se forman unos polihedros de diferentes diámetros, los cuales permiten que se pierda la estabilidad de la emulsión por agruparse los mismos, por lo que el efecto no será positivo, pues se absorbe más calor para que esos polihedros se evaporen y se produzca el fenómeno de la microexplosión, donde las gotas de combustible tienen diferentes diámetros, por lo que se corre el riesgo de que las grandes no se combustionen completamente.

c) Distribución y población de las gotículas de agua.
En la figura 3a hay una correcta distribución de las gotículas de agua capaz de fraccionar la molécula de combustible en otras muchas, pero con un diámetro semejante. En la figura 3b no tiene una correcta distribución, por lo que después del fenómeno de la microexplosión las moléculas de combustible serán de diferentes diámetros medios.
En la figura 4a hay una correcta población de la gotícula de agua y esto hace posible que al fraccionar la gota de combustible por la microexplosión serán muchas más gotas de diámetro semejante y muy pequeño, lo que garantiza su combustión completa.

* Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor y autor de varios libros: Turbina de vapor de la central electronuclear de Cienfuegos, Explotación y reparación de turbinas de vapor. Emulsión (tomo 1) y Dirección de pequeñas y medianas empresas socialistas, entre otros. e-mail:pamex@enet.cu