El tiraje es la diferencia de presión que causa un flujo de aire o gases desde un punto a otro en el sistema de la caldera. El tiraje es necesario en un sistema de caldera principalmente por dos razones.
Para suministrar suficiente aire para completar la combustión.
Para eliminar los gases de escape del sistema después de la combustión y el intercambio de calor.
Existen dos tipos de tiraje aplicados al sistema de la caldera.
El tiraje natural
El tiraje forzado
En este artículo discutiremos sobre el tiraje natural. El tiraje natural siempre es preferido ya que no requiere ningún costo de operación, aunque tiene un gran costo inicial. El tiraje natural permite la circulación natural de aire a través del sistema de la caldera. El tiraje natural depende principalmente de la altura de la chimenea.
Intentamos calcular la altura requerida de la chimenea para un tiraje natural requerido en un sistema de caldera. Para ello, tenemos que pasar por dos ecuaciones básicas de presión gaseosa. Las ecuaciones son
Donde, "P" es la presión del aire o gas, "ρ" es la densidad del aire o gas, "g" es la constante gravitacional, y "h" es la altura de la cabeza.
Aquí, "V" es el volumen del aire o gas, "m" es la masa del gas o aire, "T" es la temperatura medida en la escala Kelvin y "R" es la constante de los gases.
La ecuación (2) se puede reescribir como
Durante el proceso de combustión en el horno, principalmente el carbono reacciona con el oxígeno (O2) del aire y forma dióxido de carbono (CO2). El volumen del carbono sólido en comparación con el aire requerido para la reacción es insignificante. Por eso, podemos considerar que el volumen de aire requerido para la combustión es exactamente igual al volumen de los gases de escape creados después de la combustión si asumimos que la temperatura antes y después de la combustión es la misma. Pero esto no es el caso real. Las entradas de aire en la cámara de combustión ganarán un volumen extra después de la combustión debido a la temperatura de combustión. El volumen ganado de aire será equivalente al volumen de los gases de escape creados después de la combustión.
Supongamos que ρo es la densidad del aire a 0oC o 273 K, y digamos que es To
Aquí, P es la presión del aire a 0oC o 273 K, es decir, a To K.
Si mantenemos la presión P constante, la relación entre la densidad y la temperatura del aire o gases se puede escribir como,
Donde, ρa y ρg es la densidad del aire a la temperatura Ta y Tg K respectivamente.
A partir de las ecuaciones (1) y (5), podemos escribir la expresión de la presión en el punto "a" fuera de la chimenea, como
El volumen del aire a la temperatura Tg sería
Supongamos que se requieren m kg de aire para quemar 1 kg de carbono, entonces la densidad de los gases de escape sería
La presión de los gases de escape dentro de la chimenea, a partir de las ecuaciones (1) y (8), sería
La diferencia de presión entre el exterior e interior de la chimenea, a partir de las ecuaciones (6) y (9), sería
Aquí, "h" es la altura mínima de la chimenea que debe construirse para el tiraje ΔP. Los gases de escape fluirán hacia arriba a través de la chimenea debido a esta diferencia de presión. Por lo tanto, calculando esta diferencia de presión, se puede calcular fácilmente la altura aproximada de la chimenea que se debe construir. La diferencia de presión se puede representar como una fórmula para calcular la altura de la chimenea para un tiraje natural.
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