El tiro es la diferencia de presión que causa un flujo de aire o gases de un punto a otro en el sistema de la caldera. El tiro es necesario en un sistema de calderas principalmente por dos razones.
- Para suministrar suficiente aire para completar la combustión.
- Para eliminar los gases de combustión del sistema después de la combustión y el intercambio de calor.
Hay dos tipos de tiro aplicados al sistema de calderas.
- La corriente de aire natural
- El tiro forzado
Discutiremos aquí en este artículo sobre tiro natural. Siempre se prefiere el tiro natural ya que no necesita ningún coste de funcionamiento aunque tiene un gran coste inicial. El tiro natural permite la circulación natural del aire a través del sistema de la caldera. El tiro natural depende principalmente de la altura de la chimenea.
Intentamos calcular la altura necesaria de la chimenea para un tiro natural requerido para un sistema de calderas. Para ello, tenemos que pasar por dos ecuaciones básicas de presión gaseosa. Las ecuaciones son
Donde, P es la presión del aire o del gas, es la densidad del aire o del 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 escala kelvin y R es la constante del gas.
La ecuación (2) puede ser reescrita 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 comparado con el aire necesario para la reacción es insignificante. Por ello, podemos considerar que el volumen de aire requerido para la combustión es exactamente igual al volumen de los gases de combustión creados después de la combustión si asumimos que la temperatura antes y después de la combustión son iguales. Pero este no es el caso real. Las entradas de aire en la cámara de combustión ganarán volumen extra después de la combustión debido a la temperatura de combustión. El volumen de aire ganado será equivalente al volumen de los gases de combustión creados después de la combustión.
Supongamos,o es la densidad del aire en 0oC o 273 K, y decir que es To
Aquí, P es la presión del aire a 0oC o 273 K, que está en To K.
Si mantenemos, la presión P como constante, la relación entre la densidad y la temperatura del aire o los gases puede escribirse como,
Dónde,a yg 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 requiere m kg de aire para quemar 1 kg de carbono, entonces la densidad del gas de combustión sería
La presión de los gases de combustión dentro de la quimio de la ecuación (1) y (8), sería
La diferencia de presión entre el exterior y el interior de la chimenea de la ecuación 96) y 9) sería
Aquí, h es la altura mínima de la chimenea que se construirá para el tiro P. El gas de combustión fluirá hacia arriba a través de la chimenea debido a esta diferencia de presión. Así, calculando esta diferencia de presión se puede calcular fácilmente la altura aproximada de la chimenea a construir. La diferencia de presión puede representarse como una fórmula para calcular la altura de la chimenea para un tiro natural.
