PROYECTO FINAL DE COMBUSTION

1. Qué entiende por Combustión? Combustión es la transformación de energía química (reacciones químicas) a calórica.Es la combinación de aire con el combustible con el fin de conseguir energía.

2. Haga una lista de dispositivos que utilizan el proceso de combustión, para liberar la energía química en térmica. Producción de frio (frigoríficos de absorción) Control de incendios (barreras cortafuegos, materiales ignífugos) Iluminación (luz artificial, decorativo). Calefacción de habitaciones (hogueras, estufas, calderas) Producción de electricidad (centrales térmicas)

3. Haga una lista de combustibles utilizados industrialmente en el Ecuador. Fueloil N°6 o bunker C Diesel GLP Butanol Kerosene Gasolina

4. Los combustibles utilizados en los motores de combustión interna, ¿son sustancias puras? Sea positiva o negativa su respuesta, explíquese.

No son sustancias puras, al petróleo se lo considera como una mezcla formada por dos elementos: carbono e hidrógeno

5. ¿Si no se requiere un análisis muy profundo de un hidrocarburo, que se asume respecto a su composición?Se considera la composición del hidrocarburo más simple, con una combinación de moléculas de carbono e hidrógeno

6. Pensando en la combustión, ¿Cuál es la característica de los alcoholes, respecto de los hidrocarburos? Los alcoholes se pueden quemar fácilmente. Son derivaciones del: petróleo. Los alcoholes son sustancias puras, pero como combustibles no tienen mucho uso.

7. Indique ejemplos de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos que usted conozca. Combustibles Sólidos: leña, carbón, carbón, coque. Combustibles Líquidos: gasolina, gasóleo, queroseno, fueloil, alcoholes, bunker C Combustibles Gaseosos: propano, gas natural, butano, acetileno.

8. ¿En que se fundamenta la metodología de análisis del proceso de combustión? La metodología de análisis del proceso de combustión se realiza considerando los parámetros de:

Diámetro del pulverizador Relación C, H,O de la mezcla. Color de la llama.

Forma de la llama. Formación de dióxido de carbono (CO2), hidrocarburos libres en forma de vapor (CH).

9. ¿Qué significa la combustión completa de un hidrocarburo? Combustión completa es cuando todo el carbono de la materia orgánica a quemarse se transforma en CO2.

10. ¿Qué significa una combustión incompleta, y cuáles son sus consecuencias? La combustión es incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente debido a que no existe la cantidad de oxígeno suficiente.Combustión incompleta cuando aparecen cantidades significativas de CO.

11. ¿De qué depende el estado del agua en los productos de combustión? Depende del poder calorífico obtenido en la combustión. El cual puede ser poder calorífico superior o inferior.

12. ¿Por qué se utiliza aire como comburente en un proceso de combustión? Porque es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad en la atmósfera

13. ¿Cuál es la proporción en volumen, entre el oxígeno y el nitrógeno del aire?

14. ¿Cuál es la proporción en masa, entre el oxígeno y el nitrógeno del aire?

15. Explique lo que entiende por “exceso de aire”. Es cuando existe a cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire se produce presencia de oxígeno en los gases de combustión.

16. Analizando la siguiente ecuación de combustión, ¿usted cree que se quemara el combustible?

NO

17. Si la respuesta a la pregunta 16 es SI, ¿por qué?, ¿o cómo puede asegurarlo?

18. Si la respuesta a la pregunta 16 es NO, ¿por qué?, ¿o cómo puede asegurarlo? No, porque no cumple con el balance de masas, el cual es necesario para el proceso de combustión.

19. Halle la ecuación de combustión del propileno, mezclado con propano en proporciones del 40% y 60% respectivamente, con aire el teórico.

20. Halle la ecuación de combustión del propileno, mezclado con propano en proporciones del 40% y 60% respectivamente. A) Con 100% de exceso de aire,

B) con 450% de exceso de aire.

21. En la realidad, ¿usted cree que el proceso de combustión de la pregunta 20, tanto para el caso A) como para el caso B), es posible? Si la respuesta es SI, ¿por qué?, ¿o cómo puede asegurarlo? Si la respuesta es NO, ¿por qué?, ¿o cómo puede asegurarlo?

Si hay como realizar los procesos de combustión, pero deberíamos tener precauciones debido a que demasiado aire, se reduce la temperatura del hogar y esto produce que el calor útil se pierda; y esto ocasionaría bajas eficiencias lo cual no es conveniente para la combustión.

22. Halle la ecuación de combustión del propileno, mezclado con propano en proporciones del 40% y 60% respectivamente, con 15% de deficiencia de aire.

23. En la realidad, ¿usted cree que la combustión de la pregunta 22 es posible? Si la respuesta es SI, ¿por qué?, ¿o como puede asegurarlo? Si la respuesta es NO, ¿por qué?, ¿o cómo puede asegurarlo?

Sí, pero la combustión que tendríamos no sería eficiente y además habría presencia de inquemados, problemas en el quemador, y aparición de CO2

24. Defina Poder Calorífico Superior, Poder Calorífico Inferior. ¿Qué o cual es la diferencia entre ellos? ¿Cuál de los dos utiliza en su trabajo de análisis de sistemas de combustión?

Poder calorífico Superior (PCS ) : Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en forma líquida a 0 ºC y 1 atm.

Poder calorífico Inferior ( PCI ) : Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en estado de vapor.

La diferencia es que el poder calorífico superior para el calor verdaderamente producido en la reacción de combustión y poder calorífico inferior para el calor realmente aprovechable.

25. ¿Qué entiende por “entalpia de formación”?

Es cuando existe una variación en las entalpias en la reacción. La entalpía de formación es la energía liberada o absorbida cuando el compuesto se forma a partir de sus elementos constituyentes.

26. El combustible de un motor es una mezcla de: 40% de , 50% de y 10% de mezcla que ingresa a 100°C, mientras que el aire entra a 90°C. Los productos salen a 500°C y se utiliza 110% de aire teórico. La pérdida de calor en el motor es 250 000 kJ/ kmolcomb. Determine el trabajo para un consumo de combustible de 1 kmol/h.

27. Si la quema del combustible de la pregunta 26 no se realiza en un motor, sino en una cámara de combustión de ladrillo refractario, y, las pérdidas son del 15% del valor indicado en la pregunta 26, y estas no son en el motor sino a través de las paredes, determine el calor producido para un consumo de 1 kmol/h.

0,4C12H26+0,5C3H8+0,1C4H10+1,1 (10 ,55 ) (O2+3 ,76N2 )=6,7CO2+7,7H2O+1,1(39 ,668)N2+1 ,055O20,4C12H26+0,5C3H8+0,1C4H10+11 ,605 (O2+3 ,76N2 )=6,7CO2+7,7H2O+43 ,6348N2+1 ,055O2

Q+H R=H P

H P=∑P nj [hfº−+( hº−−hfº− )T=723 ºK ] j

H P={n[hfº−+( hº−−h fº−)]}CO2+{n [h fº− +( hº−−h f

º− )]}H2O+{n( hº−−h fº−)}N2+{n(hº−−h f

º− )}O2H P=−3706016 ,721 kJ

kmolcomb

H R=∑P ni [hfº−+( hº−−hfº− )]i

H R=H R→C12H 26+HR→C3H8+H R→C4H 10

+HR→Aire

H R→C12H26=−107983 ,297kJ

kmolcomb

H R→C3H8=−49199 ,36003 kJkmolcomb

H R→C4H10=−11891 ,98045 kJkmolcomb

H R→ Aire=153464 ,0047kJkmolcomb

H R=−107983 ,297−49199 ,36003−11891 ,98045+153464 ,0047

H R=−15610 ,63278 kJkmolcomb

Q=H P−H R+Pérdidas

Q= {−3706016 ,721+15610 ,63278−37500 }kJkmolcomb

Q=−3727906 ,08822 kJkmolcomb

Q¿

=n¿

Q

Q¿

=1(kmolcombh )∗(−3727906 ,08822 )(kJkmolcomb )(h3600 s )(kW−s

kJ )Q¿

=−1035 ,53 kW

28. Si el requerimiento de calor para un determinado proceso es de 5 veces el obtenido en la pregunta 27, ¿cuál es el flujo molar para cumplir el mencionado requerimiento?

5=(H p−H R+Pérdidas )∗n

n=flujo molar

n= 5(H p−HR+Pérdidas)

n=5(−1035,53) KJ

s

(−3706016,721+15610,63278−37500 ) KJKmol

=0,0013889 Kmols

n=0,00013889

Kmols

∗3600 s

h

n=5 Kmolh

29. Con el flujo molar obtenido en la pregunta 28, halle el caudal del combustible utilizado en la cámara de combustión que nos ocupa, y con este, seleccione un quemador apropiado.

C12H26 X1=40100

=0,4

C3H8 X2=50100

=0,5

C4H 10X1=10100

=0,1

ρmezc=X1ρ1M1+X2ρ2M 2+X3ρ3M 3

ρmezc=0,4∗780,8

kgm3

∗kmol

170,33 kg+0,5∗493

kgm3

∗kmol

44,1 kg+0,1∗2510

kgm3

∗kmol

58,12 kg=11,742 kmol

m3

ρmezc=11,742kmolm3

n=ρmezc∗Q

Q= nρmezc

=5 kmolh

11,742 kmolm3

=0,42583

m3

h∗1gal

3,7854 x10−3m3=112,5 gal

h

Q=112,5GPH

30. ¿Qué puede sugerir a fin de obtener un diseño bien hecho, de máxima eficiencia y menor costo?

Un diseño óptimo se lo verifica mediante cálculos para determinar la distancia entre los tubos (pitch), longitud y diámetro de los tubos, distancia entre deflectores.

Para obtener una buena eficiencia, es necesario controlar la cantidad de aire que se suministra al proceso de combustión debido a que si se proporciona demasiado aire, se reduce la temperatura del hogar y esto produce que el calor útil se pierda; mientras que si no hay suficiente aire, se produce una combustión incompleta, el combustible se va por la chimenea y se genera humo.

Para obtener un bajo costo se aconseja la selección de un quemador tipo JET, considerando también que el mantenimiento es bastante simple.