Diseño e implementación de un quemador de medios porosos en un horno panadero del tipo chileno

Abstract

La industria panadera siempre va a estar en crecimiento en el mercado nacional, debido a la importancia del pan en la alimentación diaria de todos los chilenos, por lo que buscar nuevos procesos o mejorar tecnologías existentes resulta muy atractivo económicamente para la comercialización de equipos que aumenten la eficiencia del proceso. En este contexto se diseña un prototipo de quemador, el cual utiliza la tecnología de combustión en medios porosos inertes para funcionar como un quemador radiante, alcanzando altas temperaturas, asegurando bajas emisiones de gases de efecto invernadero y ahorrando hasta un 20% en el consumo de combustible, en este caso gas licuado de petróleo. Visitando una panadería se reconoció un horno tipo chileno a leña, sus componentes y funcionamiento. A su vez, se identificaron ciertas problemáticas que poseen las panaderías con respecto al uso de la leña como combustible, por ejemplo: se debe contar un espacio para acopiar la leña, idealmente esta superficie debe estar cerrada para evitar que la leña absorba la humedad del ambiente y también evitar que roedores o termitas se agrupen en la zona. Para llegar a la temperatura necesaria para la cocción del pan, el horno a leña debe estar prendido aproximadamente 3 horas antes, esto implica en primer lugar una quema ineficiente del combustible, dado que el calor no se esta aprovechando para la cocción y en segundo lugar implica tener un personal que se encuentre cargando este horno en horarios donde no se producirá pan, se debe contar con un suministro constante de leña para funcionar durante todo el año, lo cual resulta difícil en algunas zonas del país (como en el norte, por ejemplo) y la combustión a leña no es controlable a diferencia de las combustión a gas, la cual además genera menos gases de efecto invernadero que la leña. La panadería a implementar el quemador de medios porosos inerte, posee una gran cámara de cocción, por lo que la potencia nominal del quemador a diseñar se cuantifico en 170[kW]. A diferencia de quemadores anteriores de la empresa QUEMPIN, este quemador cuenta con un filtro de aire en su caja de control, así evitar que la harina en suspensión se aglomeré sobre los dispositivos eléctricos o dentro del quemador, obstaculizando el paso de aire-combustible. Otra innovación corresponde a la implementación y diseño de un dispositivo de mezclado, en proyectos anteriores esto ocurría en el rotor del ventilador, inyectando combustible por la succión de este, sin embargo este método no es del todo seguro, por lo que se diseño un tubo Venturi donde los flujos de aire y combustible se juntan de forma paralela aguas abajo del ventilador, generando así una mezcla más homogénea lo que favorece en la combustión final. Se realiza el diseño utilizando las condiciones físicas de la panadería Santo Pan y se fabrica un quemador móvil y con ángulo de inclinación de 10 grados. Una vez realizado el montaje se procede con la puesta en marcha y operación del quemador, donde se establecen los rangos de potencia en la que opera el quemador 100 a 160 [kW], con un exceso de aire que puede varias de 0.8 a 2, sin embargo al operar en excesos de aire cercano a uno se aprecia el fenómeno de desprendiendo del frente de llama, lo que no es seguro y por lo tanto se define que el exceso de aire debe ser al menos del 20% para operar de forma segura. Se definen 9 puntos de operación, a potencias de 100, 130 y 160 [kW] y excesos de aire del 20 %, 40% y 60 %. Al operar en dichos puntos se estableció que el tiempo de estabilización del quemador es de 3 minutos, la temperatura del cabezal de combustión es proporcional a la potencia e inversamente proporcional al exceso de aire, las emisiones de gases se encuentran bajo norma para cada uno de los puntos de operación, el calor transferido desde el quemador al ambiente es 70% convección y 30% radiación y la eficiencia del quemador es inversamente proporcional a la potencia de este e inversamente proporcional al exceso del aire, por lo que el mejor rendimiento se obtiene operando a 100 [kW], 20% exceso de aire y es de un 63% de eficiencia.