El aire comprimido es uno de los servicios más caros de una planta, pero en los procesos de enfriamiento y enfriamiento rápido de gases suele formar parte del proceso. Las boquillas de dos fluidos lo utilizan para convertir el líquido en finas gotas que se evaporan rápidamente y enfrían el gas antes de que llegue a los equipos situados aguas abajo. Este artículo explica qué factores determinan el consumo de aire comprimido en el enfriamiento de gases y cómo los nuevos diseños de boquillas, como la FloMax® ECO impresa en 3D, lo reducen sin sacrificar el tamaño de las gotas.
Por qué el enfriamiento de gases depende del aire comprimido
El enfriamiento y acondicionamiento de gases controla la temperatura, el volumen y la humedad de un gas de proceso. Si se realiza correctamente, protege equipos como los filtros de mangas, los precipitadores electrostáticos (ESP) y los intercambiadores de calor, y ayuda a que una planta se mantenga dentro de sus límites de emisión. Si se realiza de forma deficiente, las gotitas que no se evaporan a tiempo provocan humectación y acumulación de lodos. Este proceso es habitual en plantas de cemento, acero, productos químicos, generación de energía, incineración de residuos y pulpa y papel.
La clave está en el tamaño de las gotas. Las gotas más pequeñas tienen mayor superficie por volumen de líquido, por lo que se evaporan más rápido y absorben calor en una distancia más corta. Las boquillas de dos fluidos (atomización por aire) crean esas gotas pequeñas utilizando aire comprimido o vapor para fragmentar el líquido. De ahí proviene también el coste. Comprimir el aire consume mucha electricidad, y solo una fracción de esa energía se traduce en trabajo útil en la boquilla. Cada metro cúbico de aire que una boquilla no necesita es energía que la planta no tiene que comprar.
Qué determina el consumo de aire comprimido en una boquilla de dos fluidos
El consumo de aire no es fijo. Hay cinco factores que influyen de manera decisiva:
- Eficiencia de atomización: la cantidad de aire que necesita la boquilla para alcanzar un tamaño de gota determinado. El diseño de los conductos internos de aire y líquido marca la diferencia.
- Relación de regulación: la relación entre el caudal máximo y mínimo de líquido. Las cargas de refrigeración del gas varían en función de las condiciones del proceso. Una boquilla con una alta relación de regulación puede adaptarse a la carga mientras la presión del aire se mantiene constante, por lo que no desperdicia aire a carga parcial.
- Estrategia de control: el control en bucle cerrado que ajusta el caudal de líquido y de aire de atomización en función de la temperatura del gas, como el sistema de enfriamiento de gases AutoJet®, evita el exceso de pulverización.
- Ubicación y ángulo de pulverización: las gotitas necesitan suficiente distancia y tiempo de residencia para evaporarse. Las simulaciones, como el CFD, ayudan a colocar correctamente las lanzas y los inyectores. Un caso de DeNOx en una fábrica de vidrio de Pisa muestra cómo una longitud limitada de tubería recta de 13 metros determinó la elección de la boquilla.
- Capacidad de las boquillas: un mayor caudal por boquilla significa que se necesitan menos boquillas para la misma tarea.
Cómo cambia la impresión 3D el diseño de las boquillas
La FloMax® ECO es una boquilla de atomización de aire de cono hueco fabricada mediante impresión 3D. La fabricación aditiva permite crear trayectorias de flujo internas que son difíciles de mecanizar de forma convencional, y la boquilla consta de una sola pieza más una junta. El objetivo es hacer un uso eficiente del aire comprimido sin dejar de producir las gotas finas que requiere la refrigeración por gas. Datos clave de rendimiento:
- Tamaño de las gotas: de 5 a 250 µm
- Consumo de aire: aproximadamente un 20 % menor
- Relación de regulación: 10:1
- Patrón de pulverización: cono hueco, ángulo de pulverización de 20° a 55°
Para obtener una visión más amplia de la gama, incluidas las versiones antibarbilla, en X y atomizadas por vapor, consulte el folleto de boquillas de dos fluidos FloMax®.
Donde un menor consumo de aire es fundamental
La refrigeración y el enfriamiento rápido de gases funcionan las 24 horas del día en muchas plantas, por lo que los pequeños ahorros por boquilla se acumulan. Entre los sectores típicos se incluyen:
- Cemento y minería: enfriamiento de gases en torres de acondicionamiento y enfriadores de clinker. Véase «Materiales de construcción».
- Acero y metales no ferrosos: enfriamiento y acondicionamiento de gases residuales. Véase la descripción general de aplicaciones industriales de pulverización.
- Procesamiento químico: enfriamiento rápido y enfriamiento por evaporación. Véase «Procesamiento químico».
- Generación de energía e incineración de residuos: enfriamiento de gases de combustión que protege los filtros de tela y los intercambiadores de calor. Véase «Aplicaciones de pulverización en tecnologías de proceso».
- Pulp y papel: acondicionamiento de gases en operaciones de recubrimiento, limpieza y otras actividades de la fábrica. Véase «Pulp, papel y papel tisú».
Una lista de comprobación rápida para revisar su sistema de enfriamiento de gases
- Anota el consumo de aire comprimido por boquilla o lanza a carga típica y mínima.
- Compruebe durante cuánto tiempo al año el sistema funciona a carga parcial y si las boquillas pueden adaptarse a ello (rango de regulación).
- Compare el tamaño de las gotas con la distancia de evaporación y el tiempo de residencia disponibles en el conducto.
- Busque signos de evaporación incompleta, como humedecimiento, lodos o acumulaciones aguas abajo.
- Valida cualquier cambio de boquilla mediante simulación o pruebas de pulverización antes de que llegue a la planta.
Para obtener más información sobre por qué son importantes el tamaño de las gotas y la superficie de contacto, lee por qué las boquillas de pulverización son esenciales para un proceso de refrigeración eficaz.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una boquilla de dos fluidos?
Una boquilla de dos fluidos, también denominada boquilla de atomización por aire, mezcla un líquido con aire comprimido o vapor para producir gotas muy finas. Se utiliza ampliamente para la refrigeración de gases, el acondicionamiento de gases y la inyección de productos químicos.
¿Por qué es importante el consumo de aire comprimido en el enfriamiento de gases?
La producción de aire comprimido es costosa, y los sistemas de refrigeración de gases suelen funcionar de forma continua. Un menor consumo de aire por boquilla reduce los costes energéticos y contribuye a los objetivos de sostenibilidad.
¿Qué es el rango de regulación?
La relación de regulación es la relación entre el caudal máximo y el mínimo que puede gestionar una boquilla. Una relación de 10:1 significa que el caudal de líquido puede reducirse a una décima parte del máximo mientras la boquilla sigue atomizando, lo que resulta útil cuando varía la carga del proceso.
¿Qué sectores utilizan boquillas de enfriamiento de gases?
Las boquillas de refrigeración por gas se utilizan en plantas de cemento, acero, procesamiento químico, generación de energía, incineración de residuos y de pasta y papel, entre otras.
¿Puede una boquilla utilizar menos aire sin producir gotas más grandes?
Sí. El diseño de la boquilla determina la eficiencia con la que la energía del aire se transforma en fragmentación de gotas. La FloMax® ECO está diseñada para mantener gotas finas, de 5 a 250 µm, con un menor consumo de aire comprimido.
¿Quieres saber qué implicaciones podría tener la elección de la boquilla para el consumo de aire en tu proceso? Habla con un experto local en pulverización o consulta más aplicaciones de pulverización.