Emisiones

Durante la combustión de un hidrocarburo se generan los siguientes productos: Dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y trazas de otros componentes como: Oxídos de nitrógeno (NO, NO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de sulfuro (SO2), material particulado, hidrocarburos no quemados y hollín. 

El nitrógeno es un elemento que se encuentra aproximadamente en un 78% por volumen en  el aire atmosférico, ver tabla No. 1.

Los óxidos de nitrógeno pueden presentarse en diferentes formas: 

  • NO: Óxido nítrico 
  • NO2: Dióxido de nitrógeno 
  • N2O:Óxido nitroso 
  • NO3: Trióxido de nitrógeno 
  • N2O5: Anhídrido nítrico 

De estos se oxidan artificialmente: NO, NO2 y son llamados los NOx. El NO se forma en los procesos de combustión de los combustibles fósiles, la formación de estos depende de: 

  • La temperatura de combustión del proceso 
  • Concentración de oxígeno durante el proceso de  combustión o porcentaje de exceso de aire. 
  • Presión en el dispositivo de combustión. 
  • Tiempo durante el cual se realiza el proceso de combustión. 

En la atmósfera el NO se oxida rápidamente formando NO2 ,este proceso se acelera debido a la  presencia de los rayos solares, efecto fototérmico, y material orgánico presente en el aire.En muchos países las turbinas de gas (Ciclo Brayton) son la principal fuente de generación de energía eléctrica, allí se han implementado normas ambientales que hacen necesario el control de las emisiones de NO y NO2, conocidos como Noxes o NOx. Dichas regulaciones demandan emisiones máximas de 25 ppm (partes por millón) de NOx para combustibles líquidos y de 10 ppm para gas natural.  Las emisiones de NOx tienen efectos adversos en la salud humana y el medio ambiente, estas juegan un papel importante en: 

  • La lluvia ácida. 
  • Formación de niveles peligrosos de ozono (O3) en la superficie terrestre. 
  • Formación de smog en la atmósfera. 

Las emisiones de NO2 tienen un efecto mas adverso en la salud humana que el NO. El NO2 captura el oxígeno que transporta la hemoglobina y también forma ácido en los pulmones de ahí que es mucho mas tóxico que el CO para la misma concentración. 

La mayoría de las turbinas de gas queman gas natural (el cual puede modelarse, para cálculos previos, como CH4: metano) de allí que tienen un alto impacto en la contaminación ambiental por NOx, de tal manera los investigadores y productores de turbinas de gas han centrado parte de sus estudios en desarrollar técnicas que permitan reducir las emisiones de NOx en las turbinas de gas. Esta preocupación esta altamente relacionada con el aumento que se ha logrado en la temperatura de combustión, o temperatura de entrada a la turbina TET4 (Ver Figura No. 1), con el propósito de mejorar la eficiencia térmica de la turbina, pero dicho aumento, como se anotó anteriormente, trae consigo un efecto indeseable, la formación de emisiones de NOx. 

Entre los métodos que se han venido desarrollando para el control de emisiones de NOx están las tecnologías de control de combustión y post-combustión, entre las cuales se encuentran: 

  • Ciclos con inyección de agua o de vapor. (Control de combustión). 
  • Ciclos con humidificación en cascada. (Control de combustión). 
  • Combustores secos bajos en NOx. (Control de combustión).  
  • Combustores catalíticos. (Control de combustión). 
  • Ciclos con reducción catalítica selectiva. (Control de post-combustión). 

Este trabajo pretende explicar los métodos anteriormente citados y generar las respectivas conclusiones. 

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