TERMODINAMICA APLICADALABORATORIO COMBUSTION

GRUPO: 281

PRESENTADO A:Camilo Arias Henao

POR:

CAMILO EDUARDO GUEVARA OSPINA 20112074106FELIPE SAAVEDRA

HUGO FERNANDO MORENO ROBAYO 20112074112

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN MECÁNICANOVIEMBRE 2014

Resumen

En el presente laboratorio se realizo el análisis de combustión para un motor a gasolina de un vehículo Renault 4; en el cual se comparan los datos teóricos con los valores encontrados al momento de realizar la práctica, esto con el fin de determinar el estado en el cual se encuentra este motor, según los principios termodinámicos y la normatividad vigente.

Introducción

Los combustibles fósiles tienen una alta aplicación en la industria debido a la capacidad de reacción que tienen con aire atmosférico, y por ende la liberación de grandes cantidades de energía, que son aprovechadas para realizar casi cualquier trabajo; un ejemplo de esto lo son los motores de combustión interna en los cuales la reacción química entre el aire y el combustible (gasolina), transforman la energía de los elementos en trabajo sobre la cabeza del pistón, además de un incremento de la temperatura el medio que rodea la combustión.

Por ende en el presente informe se pretende realizar un análisis del proceso de combustión llevado a cabo en un motor a gasolina, relacionando el cambio de propiedades que sufren los reactantes en relación a los productos obtenidos.

Objetivo General.

Comparar el proceso de combustión desde la teoría termodinámica y la práctica en un motor de combustión interna.

Objetivos Específicos

1. Hallar la relación entre la masa de aire y la masa de combustible (λ¿2. Determinar el error asociado a la medida del filtro de O2

3. Determinar la diferencia entre reactantes y productos de la combustión estequiometria y la combustión real.

4. Establecer si el motor está acorde con la normatividad vigente.5. Determinar la temperatura adiabática de combustión.

Marco Teórico

Marco Experimental.

Procedimiento

Para la realizar esta práctica se solicita un motor a gasolina (Renault 4), además del analizador de gases, luego se ubican los sensores en el tubo de escape y en el bloque del motor, para recolectar la información de los gases, temperatura y RPM respectivamente, además se realizan todas las conexiones pertinentes para dar el arranque.

Luego de tener encendido el motor, se espera unos minutos para que este se estabilice (1100 rpm aprox.), seguido se enciende el analizador de gases el cual arroja las proporciones de los compuestos que salen por el tubo de escape, encontrando la temperatura aproximada de ellos; esto acelerando el motor hasta 2500 rpm.

Posteriormente se realiza la toma de datos y se procede a realizar el análisis de los mismos.

Datos Experimentales

Las condiciones a las cuales se encontraba el sistema termodinámico a la hora de tomar los datos son los siguientes:

Condición Ralentí CruceroT amb[°C] 19 19

ω 56 56T aceite 46 55RPM 1100 2500

Tabla 1. Condiciones del sistema termodinámico

La tabla 1 contiene los datos que arrojó el analizador de gases:

Componente Ralentí CruceroC0 [%Vol.] 1,26 4,23CO2[%Vol .] 2,7 3,8HC [ ppm] 374 209

O2 ¿] 16,53 11,62Tabla 2. Resultados de analizador de gases.

Análisis De Resultados

Se procede a realizar el análisis estequiometrico de la reacción, de manera teórica, asumiendo:

- Se asume el motor como un sistema abierto que se mantiene en flujo estable.

- Se consideran los reactantes como gases ideales.- Los cambios en la energía cinética son despreciables.- Se asume que el combustible es C8H 18 y que no contiene otros elementos.- Puesto que el HC es muy poco se desprecia y se supone que hace parte

del N2 .

La ecuación del balanceo estequiometrico es:C8H 18+x (O2+3.76N 2)→aCO2+bH 2O+cN 2

C→8=a H→2b=18; b=9O→2 x=16+9; x=12.5N2→3.76 (12.5 )=c=47

Por tanto la combustión estequiometrica resulta:

C8H 18+12.5 (O2+3.76N2 )→8CO2+9H 2O+47N 2

Luego se procede a hacer el análisis real, se agrega un factor λ que indicará el exceso de aire en la mezcla

C8H 18+12,5 ( x ) (O2+3,76N2 )→aCO2+bO2+c N2+dCO+e H 2O

(1) C→8=a+d(2)H→2e=18; e=9(3)O→25 x=2a+2b+d+9(4)N2→47 x=c

(5 )CO2→0,0126= da+b+c+d

(6 )CO2→0,027= aa+b+c+d

Luego de resolver el sistema de ecuaciones resulta:

Variable Valora 5,45b 31,89c 162,13d 2,55e 9x 3,45

Tabla 3. Coeficientes del balance para combustión real. (Ralentí).

C8H 18+12,5 (3,45 ) (O2+3,76N 2 )→5,45CO2+31,89O2+162,13N2+2,55CO+9H 2O

A partir del balanceo de masa se puede empezar a obtener otros resultados, a continuación se presenta el estado de componentes de los productos tanto en base seca (tabla 3) como en base húmeda (tabla 4).

Productos Secos Ralentí

[kmol/kmol comb]

Fracción molar [%]

Masa molar [kg/kmol]

Masa [kmol/kmol

comb]

CO2 5,45 2,70 44 239,80O2 31,89 15,79 32 1020,48N2 162,13 80,25 28 4539,64CO 2,55 1,26 28 71,40

202,02 100 5871,32Tabla 4. Productos Secos de la Combustión en Ralentí

Productos Ralentí

[kmol/kmol comb]

Masa Molar

[kg/kmol]

Masa[kg/ kmol comb]

H2O 9 18 162

CO2 5,45 44 239,8

O2 31,89 32 1020,48N2 162,13 28 4539,64CO 2,55 28 71,4

211,02 6033,32Tabla 5. Productos de la combustión en Ralentí.

Para el análisis estequiometrico en Crucero se tiene la siguiente ecuación, x, representa el exceso de aire en la mezcla.

C8H 18+12,5(x )(O2+3,76N2 )→aCO2+bO2+c N 2+dCO+e H 2O

(1)C→8=a+d(2)H→2e=18; e=9(3)O→25 x=2a+2b+d+9(4)N2→47 x=c

(5 )CO2→0,0126= da+b+c+d

(6 )CO2→0,027= aa+b+c+d

Los factores son:Variable Valor

a 3,79b 11,04c 80,59d 4,21e 9x 1,71

Tabla 6. Coeficientes del balance para combustión real (crucero).

C8H 18+12,5(1,71) (O2+3,76N 2 )→3,79CO2+11,04O2+80,59N2+4,21CO+9H 2O

Una vez hecho el balance de masa se procede a obtener los porcentajes en peso y fracción molar tanto en base seca como en húmeda.

Productos SecosCrucero

[kmol/kmol comb]

Fracción molar [%]

masa molar [kg/kmol]

masa [kmol/kmo

l comb]CO2 3,79 3,80 44 166,76O2 11,04 11,08 32 353,28N2 80,59 80,89 28 2256,52CO 4,21 4,23 28 117,88

99,63 100 2894,44Tabla 7. Productos Secos de la Combustión en Crucero

Masa de productos Crucero[kmol/kmol

comb]Masa Molar [kg/kmol]

Masa[kg/ kmol comb]

H2O 9 18 162CO2 3,79 44 166,76O2 11,04 32 353,28N2 80,59 28 2256,52CO 4,21 28 117,88

108,63 3056,44Tabla 8.Productos de la combustión en Crucero.

Cálculo del error en la medición del filtro de O2.

Crucero Ralenti O2

Lectura [% vol] 11,62 Lectura [% vol]16,5

3

Calculo [% vol] 11,08 Calculo [% vol]15,7

9Error[%] 4,65 Error[%] 4,48

Promediando los dos “errores” en la medida se tiene un 4,57% de error lo cual no es muy significante puesto que hace mucho no se le hace mantenimiento a dicho filtro.

Comparación entre el balance estequiometrico y el balance real.

Evaluación estequiometricaN2

[kmol/kmol comb]

CO2 [kmol/kmo

l comb]

H20 [kmol/kmo

l comb]Estequiometric

a47 8 9

Crucero 80,59 3,79 9Exceso 33,59 -4,21 0Ralentí 162,3 5,45 9Exceso 115,3 -2,55 0

Relación entre el aire y combustible de entrada.

ma

mf

=(3,45 ) (4 ,76 )(12,5)(28,996)

114=52,21 kgde aire

kg decomb .(Ralentí )

ma

mf

=(1,71 ) (4,76 )(12,5)(28,996)

114=25,88 kgde aire

kg decomb .(Crucero)