e1 energía y medio ambiente 1

8/18/2019 E1 Energía y Medio Ambiente 1

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería Me!nia"

E#perienia E$%&"

Contro' de 'a Com()*ti+n de,)ente* de )*o domii'iario

-Ca'e,+n."

Integrante*/ Fabián Álvarez

Rudy Jiménez

Cristian Guerrero

Rodrigo Machuca.

C+digo de 'a e#perienia/ E!"#.

Fe0a e#perienia/ $% de &ctubre de $'().

Fe0a entrega/ '* de +oviembre de $'().

Carrera/ ,ngenier-a Eecuci/n Mecánica.

Moda'idad/ 0iurna.

Nom(re de 'a a*ignat)ra/ Energ-a y Medio#mbiente.

C+digo a*ignat)ra/ ()($*.

Energía y Medio Ambiente


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1ro,e*or/ 1ernán 2oto.

3ndice

(. Resumen del contenido del in4orme

$. &betivos de la E56eriencia

7. 8ista de datos em6leados en la e56eriencia

".9 :resentaci/n de los resultados

). #nálisis y conclusiones de los resultados

*. #6éndice

a;


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&"2 Re*)men de' ontenido de' in,orme

El 6resente in4orme contiene in4ormaci/n y análisis sobre el controlde combusti/n de 4uentes de uso domiciliario> es6ec-?camente> elcale4/n. :or otra 6arte> se hace entrega de los resultados obtenidosde los cálculos realizados> as- como de las conclusiones yobservaciones 6ersonales recogidas de la e56eriencia y de loscálculos obtenidos unto con la teor-a desarrollada del e56erimento y

a la bibliogra4-a consultada 6ara realizar el in4orme.

$"2 O(3eti4o* de 'a e#perienia

Calcular el 6oder calor-?co in4erior y su6erior del combustible ,denti?car la calidad del cale4/n seg@n análisis

5" Li*ta de dato* emp'eado* en 'a e#perienia8ista de datosA

:=arométric

a '>( B#tm; )'

::M C& 7!7B1$&; %>( BltDmin;6Baire; (>( BgDm7;

Com6osici/n combustibleA

C %(



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1 (& 9+ 92 '>'$

! (' "''$ >$ !>* (%" 7!'

7 >% !>$ (% 7)':romedio >) !>) (%% 7!7

Halor obtenido 6ara la R#CA

RAC =26,85( kgairekgcomb )

6"2 1re*entai+n de 'o* re*)'tado*

:oder Calor-?co ,n4eriorA

PCI =20054 ( Kcalm3comb )

:oder Calor-?co 2u6eriorA

PCS=23394( Kcal

m3comb )

7" An!'i*i* 8 on')*ione* de 'o* re*)'tado*

:asamos a concluir sobre los cálculos obtenidos en la e56eriencia>como sigueA



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In cale4/n en buen estado no 6uede su6erar los ") 66mC& comomá5imo> en nuestro caso> el valor obtenido de la e56eriencia ha sidode 7!7 66mC&> es decir> se ha sobre6asado el valor en 7$% 66mC&res6ecto del má5imo> 6or lo tanto es más ue evidente ue nuestro

cale4/n en estudio se encuentra en malas condiciones de4uncionamiento> lo ue nos indica ue no se han realizomantenimientos a los com6onentes> 6rovocando ue se tenga unamala combusti/n.

:or otra 6arte> se sabe ue el meor valor 6ara la R#C es () gaireD (g comb.> 6ara nuestro caso ha sido de $*> %) gaireDgcomb.> esdecir se ha su6erado en un ((>%) gareDgcomb> res6ecto del/6timo> 6ara dicho caso> como se ha su6erado el valor establecido6or norma> deberá a6licarse> un 4actor de correcci/n 6or aire en

e5ceso> establecido en los decretos +7$D(' y +7$$D((.

Finalmente> res6ecto de los valores obtenidos 6ara el 6oder calor-?coin4erior y su6erior> cuyos valores son res6ectivamenteK


PCS=23394( Kcalm3comb )

8os com6aremos con valores obtenidos de 6ágina consultada eninternet Bhtt6ADDLLL.minetur.gob.esDenergiaDgl6D:aginasD,nde5.as65 ;>cuyos valores son res6ectivamenteK


PCS=22899( Kcalm3 comb )

:odemos a6reciar> ue hemos tenido un 6orcentae de error de">!* 6ara el 6oder calor-?co in4erior y un 6orcentae de error de$>(* 6ara el 6oder calor-?co su6erior> valores de errores 6eueosue nos indican ue la e56eriencia y los cálculos realizados han sidocorrectos> 6udiendo a6reciar y com6render ue el :C, es auel calor

de la combusti/n ue no a6rovecha la energ-a de condensaci/n delagua y ue el :C2 si a6rovecha dicha energ-a.


http://www.minetur.gob.es/energia/glp/Paginas/Index.aspxhttp://www.minetur.gob.es/energia/glp/Paginas/Index.aspx


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9" Ap:ndie

a; con la mismacantidad de combustible> se genera más calor.

:ara a6rovechar el :C2 son necesarias calderases6ec-?camente diseadas 6ara ello> son lo uese denomina> calderas de condensaci/n. Inacaldera ue no sea de condensaci/n> se debe

calcular con el :C,.

El 6oder calor-?co in4erior> :C,> es la cantidad totalde calor des6rendido en la combusti/n com6letade combustible sin contar la 6artecorres6ondiente al calor latente del va6or de aguade la combusti/n> ya ue no se 6roduce cambiode 4ase> sino ue se e56ulsa en 4orma de va6or.

El 6oder calor-?co su6erior> :C2> es la cantidad

total de calor des6rendido en la combusti/ncom6leta del combustible cuando el va6or deagua originado en la combusti/n estácondensado. #s- 6ues> se contabiliza el calordes6rendido en este cambio de 4ase. utilizado 6ara la

6roducci/n instantánea de agua caliente 6rinci6almente 6ara usossanitarios Bducha> lavamanos> lava6latos;. 2u 4uncionamiento estábasado en una ser6entina 6or donde circula el agua> la cual escalentada 6or una serie de uemadores controlados.

Funcionamiento de un cale4/nA

:ara el /6timo 4uncionamiento de un cale4/n es necesarioconsiderarA

• :resi/n de agua adecuadaA 2e re?ere a la 6resi/n m-nima de

encendido del cale4/n. Esta debe estar entre '>() bar y '>7)bar.



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• :resi/n de gas adecuadaA El ti6o de gas Bnatural o licuado; yla 6resi/n del gas deben estar de acuerdo con la 6lacacaracter-stica ubicada en la 6arte in4erior del cale4/n.

• Caudal de agua su?cienteA El caudal de agua en un cale4/ncorres6onde a la cantidad de agua ue es ca6az de calentar

6or unidad de tiem6o.• Correcta instalaci/n del eui6o y ducto de evacuaci/n de

gasesA El cale4/n debe ser instalado 6or 6ersonal autorizado6or la 2u6erintendencia de Electricidad y CombustiblesB2EC;> 6ara evitar cualuier aver-a y ?ltraci/n de gas.

* Se denomina bar a una unidad de presión equivalente a un millón de barias.

b; 0esarrollo de los cálculos

2e inician los cálculos asociados a :oder Calor-?co mencionandolos 6rinci6ales com6uestos del aire.

Aire=79 de N 2+21 de O

2

:or ende> la molaridad del aire será deA

´ M =0.79 ∙28+0.21∙32=29

[

gr

mol

]Isaremos un 6icn/metro 6ara determinar densidades tanto delaire como del combustible Bgas licuado; 6or lo ue será necesariosaber su volumen e5acto como as- también la masa e5acta de gasue 6uede contener. :rimero 6urgaremos dicho instrumento 6arasaber cuánto es su masaA

PicnometroVacio=122.5555 [ gr ] Picnometrocon Aire=122.6628 [ gr ]

Masade Aire=0.1073 [ gr ]

:or lo ue ahora> 6odremos saber cuánto es la densidad del airecon tem6eratura ambiente y 6resi/n atmos4érica localA

Patm=0.9144 [ atm ] T ambiente=295 [ K ]

2eg@n la ecuaci/n de gas ,dealA



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ρaire= P ∙ ´ M

R ∙T =

0.9144 ∙29

0.082 ∙295=1.1[ kgm3 ]

N 6or de?nici/n de densidad tenemosA

V =m

ρ =

0.1073

1.1=0.098 [¿ ]

Es decir> el volumen de aire ue contiene el 6icn/metro es de'.'% litros> 6or lo ue el volumen má5imo ue 6uede contener el6icn/metro es de '.'% litros.

#hora> se hace el cálculo de la densidad de Gas 8icuado de

:etr/leo. Picnometro con Gas Licado=122.7408 [ gr ]

Masade Gas Licado=0.1853 [ gr ]

:or lo tantoA

ρcombstible=m

V

=0.1853

0.098

=1.9[ gr¿ ]=1.9[

kg

m3

]#hora 6rocedemos a medir em6-ricamente el caudal del agua 4r-ay el caudal del combustible Bgas licuado de 6etr/leo;.

2e midi/ el caudal de agua 4r-a 7 veces y se logr/ obtener unconsenso.

´!aga"ria= 1

7.41=0.135[ ¿seg ]=8.1[ ¿min ] T aga"ria=14 [# C ]

8uego se midi/ el caudal y se logr/ llegar al consensoA

!combstible=0.684 [ m3

$r ]

Finalmente se midi/ la tem6eratura del agua calienteA

T agacaliente=37

[ # C ]



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1aciendo un análisis de los gases de esca6e se logr/ determinarue com6uestos tra-a> la tem6eratura a la cual sal-an los gases deesca6e y la 6art-culas 6or mill/n de C&.

de O2=9.5 de CO

2=7.5 CO %%m=373 T gasesde esca%e=188 [ # C ]

0es6ués se entrega la com6osici/n del combustibleA

C =81 & =19 O=0 N =0 S=0.02

8uego> analizaremos la relaci/n de aire y as- ?nalmente ver larelaci/n de aire combustible. :ara esto 6rimero necesitaremoscalcular el aire te/ricoA

Aireteorico=1.16∙( C 12+ &

1+

N

14+

S

32−

O

32 )=1.16 ∙(81

12+19

1−

0.02

32 )

Aireteorico=13.34[ m3

deaire

kgdecombstible ]

Ina vez calculado el aire te/rico> 6rocedemos a calcular larelaci/n de aireA

'= A real

A teorico=

21

21−9.5=1.83

Entonces> el aire en e5cesoA

Airee(ceso=100 ∙ ( '−1 )=83

Es decir> en la combusti/n e5ist-a un %7 de e5ceso de aire> o

sea> solo bastaba un (! 6ara com6letar la combusti/n.

6or lo ue su

masa molar es corres6ondiente.



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´ M gas esca%e$medo=28.5[ grmol ]

:ero sabemos ueA

´ M gas esca%e$medo= ) seco∙ ´ M gases esca%e seco+ ) & 2O ∙ & 2O

2iendo ue O es una 6ro6orci/n.

:or lo tanto> el 6orcentae de humedad de los gases de esca6e seráA

) & 2O=´ M gasesca%e $medo− ´ M gases esca%eseco

& 2O− ´ M gasesesca%e seco

) & 2O=0.095=9.5

:or otro ladoA Airetotal= Aireteorico+ *(ceso de Aire

Airetotal=13.34+0.83∙13.34=24.41 [ m3

deaire

kg combstible ]

Finalmente> 6rocedemos a calcular la relaci/n aire combustibleBR#C;A

RAC =24.41 ∙1.1=26.85[ kgdeairekgdecombstible ]

:or lo tanto> los ilogramos de gases de esca6e seránA

kgde gases deesca%e=kgde combstible+kgdeaire

kgde gases deesca%e=1+26.85=27.85

[kgde gases deesca%e

kgde combstible

]kgde gases deesca%e=27.85 ∙ (0.684 ∙1.9 )=36.2 [kg gases esca%e$r ]

0e esta manera> 6odemos obtener el calor B; de los gases deesca6eA

!gasesde esca%e=m ∙ C ∙ + T =36.2 ∙0.24 ∙ (188−22)=1442

[kcal

$r

]Energía y Medio Ambiente


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N as-> el calor absorbido 6or el aguaA

!aga=m ∙ C ∙ + T =(8.1 ∙60 ) ∙1∙ (37−14 )=11178[ kcal$r ]

:or lo tanto> el calor total absorbido seráA

!absorbido=! gasesde esca%e+!aga=12620 [ kcal$r ]

El calor 6erdido 6or las 6aredes y ?erros del cale4/n será de un %del calor total generado 6or el combustible.

!total generado=Consmo∙ PCI =0.684 ∙ PCI :ero el calor ue será absorbido

6or el agua será solo el $ de este calorA

!absorbido=0.684 ∙ PCI ∙0.92 PCI =!absorbido

0.62928=20054 [ kcalm3 decombstible ]

2in embargo> 6ara obtener el :oder Calor-?co 2u6erior B:C2; contarcon el calor a6ortado 6or el agua> es decir> es necesario obtener elcalor del agua 6ara 6rimero.

8a siguiente ecuaci/n corres6onde a la obtenci/n del 6oder calor-?cosu6erior ya teniendo el 6oder calor-?co in4eriorA

PCS= PCI ++ & a%ortado %orla $medad delcombstible

El calor a6ortado 6or la humedad del combustible se midedirectamente en los gases de esca6e> ya ue este 6osee unahumedad del .)> es decirA

36.2[kggases esca% e

$r ]∙9.5 [ kgde ,a%or deaga ]100 [ kg gases esca%e ]

=3.44 [kg ,a%or deaga

$r ]:ero> el calor a6ortado 6or el va6or de agua en este caso es el calorsensible y el calor latente> donde **" PcalDg de va6or de aguaQBobtenido de una tabla termodinámica;> 6or lo tanto> el calora6ortado 6or la humedad del combustible uedará comoA

3.44

[kg ,a%or deaga

$r

]∙664

[ kcal

kgde ,a%or deaga

]=2284

[kcal

$r

]Energía y Medio Ambiente


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Finalmente> 6ara saber cuánto es el calor a6ortado en el 6odercalor-?co in4erior entonces es necesario tener en cuenta el consumode combustibleA

2284

[kcal

$r ]∙

1 [ $r ]

0.684 [m3 gases esca%e ]=3340[ kcal

m3

gases esca%e ]+ & a%ortado %orla $medaddel combstible=3340[ kcalm3 gases esca%e ]

:or lo tanto> el 6oder calor-?co su6erior seráA

PCS=20054+3340 PCS=23394

[ kcal

m3

de combstible

]


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c; =ibliogra4-a

Fuentes de internet

LLL.unes.cl. htt6ADD6etromercado.comDblogD7!9articulosD(')96oder9

calori?co9in4erior9y9su6erior.html htt6ADDLLL.minetur.gob.esDenergiaDgl6D:aginasD,nde5.as65

http://www.junkes.cl/http://petromercado.com/blog/37-articulos/105-poder-calorifico-inferior-y-superior.htmlhttp://petromercado.com/blog/37-articulos/105-poder-calorifico-inferior-y-superior.htmlhttp://www.minetur.gob.es/energia/glp/Paginas/Index.aspxhttp://www.junkes.cl/http://petromercado.com/blog/37-articulos/105-poder-calorifico-inferior-y-superior.htmlhttp://petromercado.com/blog/37-articulos/105-poder-calorifico-inferior-y-superior.htmlhttp://www.minetur.gob.es/energia/glp/Paginas/Index.aspx

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