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Un horno industrial quema combustible con el oxígeno que contiene el aire. El problema es que el aire solo tiene un 21 % de oxígeno: el resto es casi todo nitrógeno, un gas que no participa en la combustión pero que entra en el horno, se calienta a más de mil grados y sale por la chimenea llevándose buena parte del calor. La oxicombustión cambia ese planteamiento: en lugar de aire, el quemador recibe oxígeno, y el combustible arde sin ese lastre de nitrógeno.
Es una tecnología consolidada en la fabricación de vidrio y cada vez más habitual en fundición, metalurgia y otros procesos de alta temperatura. En este artículo explicamos cómo funciona, qué ventajas tiene, qué hay que tener en cuenta para aplicarla en un horno existente y de dónde sale el oxígeno que necesita.
Qué es la oxicombustión
La oxicombustión es la combustión de un combustible, normalmente gas natural, con oxígeno de alta pureza en lugar de aire. El quemador recibe dos corrientes, la de combustible y la de oxígeno, y la llama se forma sin el nitrógeno que aportaría el aire. El resultado es una llama más caliente y más radiante, y un volumen de humos mucho menor, porque por la chimenea solo salen los productos de la combustión: dióxido de carbono y vapor de agua.
Entre la combustión con aire y la oxicombustión total existe un paso intermedio: el enriquecimiento del aire con oxígeno. Consiste en añadir oxígeno al aire de combustión para elevar su concentración unos puntos por encima del 21 %. No requiere cambiar los quemadores y ya aporta parte de las ventajas, por lo que suele ser la primera opción en hornos que no se pueden modificar a fondo.
| Combustión con aire | Aire enriquecido | Oxicombustión | |
|---|---|---|---|
| Oxígeno en el comburente | 21 % | Algunos puntos por encima del 21 % | 90 % o más |
| Nitrógeno que se calienta y sale por la chimenea | Todo el del aire | Menos | Prácticamente ninguno |
| Volumen de humos | Alto | Algo menor | Mucho menor |
| Temperatura de llama | La de referencia | Más alta | Mucho más alta |
| Cambios en el horno | Ninguno | Inyección de oxígeno en el aire | Quemadores específicos y control de la llama |
Por qué ahorra combustible
En un horno que trabaja con aire, una parte importante de la energía del combustible se gasta en calentar nitrógeno. Ese nitrógeno no aporta nada al proceso y abandona el horno a la temperatura de los humos. Al eliminarlo, la misma cantidad de calor útil se consigue quemando menos combustible: la energía que antes se perdía con los humos se queda en el horno y llega a la carga.
A eso se suma la transferencia de calor. Una llama de oxicombustión es más caliente y emite más radiación, que es el mecanismo principal por el que el calor llega al vidrio fundido, al metal o al material que se procesa. El horno alcanza antes su temperatura de trabajo y puede aumentar su producción sin crecer de tamaño. El ahorro concreto depende del tipo de horno, de su temperatura de trabajo y de si ya recupera calor de los humos, por eso conviene estudiarlo en cada caso.
Menos humos y menos óxidos de nitrógeno
Los óxidos de nitrógeno (NOx) que emite un horno se forman sobre todo cuando el nitrógeno del aire reacciona con el oxígeno a muy alta temperatura. Si en la llama apenas hay nitrógeno, esa vía de formación se reduce drásticamente. Por eso la oxicombustión es una de las herramientas habituales en los sectores con límites de emisión exigentes, como el vidrio.
El menor volumen de humos tiene además consecuencias prácticas: los conductos, los filtros y los sistemas de depuración de gases pueden ser más pequeños, y el CO₂ sale mucho más concentrado, lo que facilita su captura en las instalaciones que se lo plantean.
En qué industrias se utiliza
La fabricación de vidrio es el ejemplo más conocido. Los hornos de fusión trabajan de forma continua a temperaturas muy altas y el ahorro de combustible y de emisiones es directo. En nuestro caso de éxito en la industria del vidrio, un fabricante sustituyó los tanques criogénicos por un generador de oxígeno propio e instaló un sistema de medición de caudal para controlar el consumo y detectar ineficiencias.
En fundición y metalurgia, la oxicombustión y el aire enriquecido se usan en hornos de fusión de aluminio, cobre y otros metales, donde acortan los tiempos de fusión. También se aplica en hornos de recalentamiento, en la fabricación de fritas y esmaltes cerámicos, en incineración y en otros procesos térmicos que necesitan mucha temperatura con un consumo de combustible controlado.
Qué hay que tener en cuenta antes de aplicarla
Pasar a oxicombustión no es solo cambiar el gas que llega al quemador. La llama más caliente exige quemadores diseñados para oxígeno y una revisión de los refractarios del horno, que pasan a trabajar en condiciones distintas. La relación entre oxígeno y combustible debe controlarse con precisión: un exceso de oxígeno se desperdicia y un defecto deja combustible sin quemar.
La instalación de oxígeno también tiene sus reglas. Las tuberías y válvulas deben ser aptas para oxígeno, con materiales adecuados y limpias de grasas, y la red necesita una medición de caudal fiable. Medir el consumo real es lo que permite ajustar la combustión, comparar turnos o campañas y detectar a tiempo cualquier desviación.
De dónde sale el oxígeno
El oxígeno para un horno puede llegar como oxígeno líquido, en cisternas que llenan un tanque criogénico en la propia planta, o producirse in situ con un generador. El oxígeno líquido obliga a depender de las entregas del proveedor, a pagar el alquiler del tanque y a asumir pérdidas por evaporación que pueden llegar al 10 %. Un generador de oxígeno industrial lo produce a partir del aire comprimido, de forma continua y con una pureza estable del 90 al 95 %, suficiente para la oxicombustión y el enriquecimiento de la mayoría de hornos.
Con generación propia, el coste del oxígeno se reduce a la electricidad del compresor y al mantenimiento, y el suministro deja de depender de terceros. Los generadores de oxígeno OGP trabajan además bajo demanda: si el horno consume menos, el generador reduce su producción.
Cómo saber si compensa en tu horno
La respuesta depende del consumo de combustible actual, de las horas de funcionamiento del horno, de su temperatura de trabajo y de los límites de emisión que debe cumplir. Los hornos que trabajan muchas horas al año a alta temperatura son los que más rápido amortizan el cambio. En muchos casos, el camino razonable es empezar por el enriquecimiento del aire y medir resultados antes de plantear una oxicombustión total.
Si estás valorando el oxígeno para tu horno, analizamos tu consumo y lo que pagas hoy por el gas, y te decimos qué generador necesitarías y en cuánto tiempo se amortizaría. Puedes pedirlo desde la página de generadores de oxígeno.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre oxicombustión y enriquecimiento con oxígeno?
En el enriquecimiento se añade oxígeno al aire de combustión para subir su concentración unos puntos por encima del 21 %, sin cambiar los quemadores. En la oxicombustión el quemador trabaja directamente con oxígeno de alta pureza en lugar de aire. La segunda aporta más ahorro y menos emisiones, pero requiere quemadores específicos y adaptar el horno.
¿Qué pureza de oxígeno necesita la oxicombustión?
La mayoría de hornos industriales trabajan bien con oxígeno de una pureza del 90 al 95 %, que es la que producen los generadores PSA. No hace falta oxígeno de mayor pureza para obtener las ventajas de la oxicombustión.
¿La oxicombustión reduce las emisiones?
Sí. Al quemar menos combustible para el mismo trabajo se emite menos CO₂, y al haber muy poco nitrógeno en la llama se forman muchos menos óxidos de nitrógeno. Además, el volumen de humos es mucho menor y más fácil de tratar.
¿Se puede aplicar en un horno que ya está en funcionamiento?
Sí, aunque el alcance depende del horno. El enriquecimiento del aire se puede incorporar con pocos cambios. La oxicombustión total requiere quemadores para oxígeno y revisar los refractarios, por lo que suele aprovecharse una parada o una reforma del horno.
