COMBUSTIBLES Y PROCESO DE COMBUSTIONProfesora: Clara Turriate M.

COMBUSTIBLESGENERALIDADES Los principales combustibles fsiles son: petrleo, carbn y gas natural.Estn generalmente formados por tomos de carbono e hidrgeno y constituidos principalmente por carbono fijo, material voltil, cenizas, humedad y sustancias incombustibles. Son materiales capaces de generar un proceso de combustin y liberar energa trmica. La utilizacin de estos combustibles estn ocasionando problemas de contaminacin ambiental como la lluvia cida y el efecto invernadero.

CONSUMO DE ENERGIA EN EL MUNDO

En el Perel 54% de la energa consumida proviene del petrleo, el 14% del carbono y 32 % de plantas hidroelctricas

TIPOS DE COMBUSTIBLES FOSILESSOLIDOS: Carbn mineral o carbn de piedra, madera etc.LIQUIDOS: Petrleo, alcoholGASEOSOS: Gas natural

Mezcla en la que coexiste una fase slida, liquida y gas.Son compuestos denominados hidrocarburos, los cuales estn constituidos por tomos de carbono e hidrgeno y pequeas proporciones de hetero compuestos con presencia de nitrgeno, azufre, oxigeno y algunos metales.PETROLEO

ESQUEMA DE FRACCIONAMIENTO DE PETROLEO

FRACCIONES DE PETROLEO

COMBUSTIBLES GASESOSOSEl principal combustible gaseoso es el gas naturalEl gas natural es una mezcla de hidrocarburos cuyo mayor componente es el metano (< 70%).Los componentes que acompaan al metano son hidrocarburos saturados como el etano, propano, butano, pentano y pequeas proporciones de anhdrido carbnico, nitrgeno en algunos casos oxgeno y hidrgeno. La proporcin de estos componentes a veces supera el 15%.

ANALISIS VOLUMETRICO DE ALGUNOS GASES

Procesos de combustinIndustrias energticas, industrias manufactureras, residencial y comercialTransporte

+AireMotorTORQUEGases de EscapeCombustible

COMBUSTIONCONCEPTOS BASICOSLa combustin es una reaccin de oxido reduccin altamente exotrmica, en el cual el oxgeno se combina con rapidez con materiales oxidables (combustible) produciendo una llama visible y calor.NECESITA DECombustible: Carbn, petrleo, lea, H2, etc.Comburente: Provoca la combustin o lo activa. Ejm: oxgeno. Temperatura de ignicin: Es la temperatura mnima necesaria para que se inicie el proceso de combustin

CombustinCombustibleComburenteProductosenerga++

T de inflamacin, ignicin y poder calorficoT inflamacin T ignicin P.C.S. Poder calorfico superior P.C.I. Poder calorfico inferiorCalor liberado cuando los productos de la combustin son enfriados hasta su T normalNo se tiene en cuenta el calor liberado para vaporizar el agua formada por la combustin del Hidrocarburomxima T a la que puede calentarse un combustible sin riesgo de incendio.mnima T con la que la llama originada es persistente y duradera.CH4 + 2O2 + 8N2 CO2 + 2 H20 + 8N28 100 Kcal/ m3 H2O(g) 9 000 Kcal/ m3 H2O (l)

MECANISMO DE LAS REACCIONES DE COMBUSTIONParmetros fundamentales:PROPORCION CORRECTA AIRE - COMBUSTIBLE Proporcionar un exceso de aire, asegurndose que sea la mnima necesaria (combustin completa)MEZCLA ADECUADA AIRE COMBUSTIBLE El estado fsico del combustible determinar las condiciones operativas. (pulverizacin atomizacin, etc) INNICION INICIAL Y SOSTENIDA DE LA MEZCLALa mezcla se encender solo al alcanzar la temperatura mnima de ignicin ( variable para cada combustible)

TIPOS DE COMBUSTIONSiendo el objetivo fundamental de la combustin conseguir la oxidacin total del carbono e hidrgeno para formar CO2 y H2O, se tiene cuatro tipos de combustin.1. Combustin perfecta (estequiomtrica)2. Combustin Completa (con exceso de aire)3. Combustin incompleta (con defecto de aire) 4. Combustin imperfecta (seudo combustin)

Combustin Perfecta. o(g)SO3Se utiliza para realizar los clculos tericos de la combustin. En condiciones de combustin perfecta, el total del carbono contenido en el combustible sera convertido en CO2

Combustin Completa (exceso de aire)Combustin sin presencia de monxido de carbono en los humos de chimeneaNo todo

Combustin Incompleta (defecto de aire)El oxgeno presente no alcanza el valor terico necesarioN2

Combustin Imperfecta (exceso de aire)Pese al exceso de aire no se completa las reacciones de combustinLos procesos reales de combustin generan pequeas cantidades de carbono parcialmente oxidados o sin oxidar

Cmara de combustinEl anlisis de los gases de combustin permitir conocer el exceso de aire y la eficiencia de combustin

DEFINICIONES AIRE TEORICO (Z): Es la cantidad mnima de aire capaz de proporcionar el oxgeno suficiente para la combustin completa del C, H2 o cualquier otro elemento en el combustible susceptibles de ser oxidados. Ejm.CH4(g) + 0,21 ZO2 a CO2 + b N2 + c H2O + 0,79 Z N2 + calorAIRE EFECTIVO (Z): Es la cantidad real de aire que ingresa al proceso de combustin.Ejm. CH4(g) + 0,21 Z O2 a CO2 + b CO + c N2 + d O2 + + 0,79Z N2 e H2O + calor

DEFINICIONES EXCESO DE AIRE: Es la cantidad de aire suministrado sobre el terico necesario, se expresa en porcentaje. % de exceso Z Z (100) de aire Z=Z = moles de aire efectivo

Z = moles de aire terico

RELACIN AIRE COMBUSTIBLE (RA/C)Es la relacin entre la masa de aire efectivo y la masa de combustible. Se expresa en Kg. aire por Kg. de combustible. RA/C = masa de aire masa de combustible

CALOR DE COMBUSTIN (poder calorfico) El calor de combustin es la cantidad de energa que se libera por mol o gramo de hidrocarburo que se quema; se le conoce como poder calorfico del combustible.

Ecuaciones qumicas de la combustinkg aireR(A/C)t = ------- Kg combustibleReaccin terica o estequiomtricaReaccin realCon exceso de aire Con defecto de aire kg aireR(A/C)r = ----------- Kg combustible

Ecuaciones qumicas de la combustin Combustible+ (0,21ZO2+0,79Z N2) CO2 + H2O + N2kg aireR(A/C)t = ------- Kg combustibleReaccin terica o estequiomtricaReaccin realCombustible +(0,21ZO2+0,79Z N2) CO2 + H2O + N2 + O2Con exceso de aire Combustible + (0,21ZO2+0,79Z N2) CO2 + H2O + N2 +COCon defecto de aire kg aireR(A/C)r = ----------- Kg combustible

PODER CALORFICO DE ALGUNOS COMBUSTIBLESCombustibles slidos (KJ/gr)Carbn 28-35 Coque 29Combustibles lquidos comunes (KJ/gr)Alcohol 25Petrleo 28Combustibles Gaseosos (KJ/gr)Gas de hornos de coque o gas de hulla 22Hidrgeno 12Gas natural 39-82

Anlisis de los productos de combustinAnalizador de OrsatAnlisis volumtrico%CO2%N2%O2%COComposicin enbase seca% moles

Influencia de la humedad del aire en la combustin = humedad especifica

Combustin en un flujo estacionario

Balance de energa de un motor de combustin interna

EjerciciosUn gas pobre cuyo anlisis (%V) es : CO2 (4,5%), CO (26%), H2 (13%), N2 (56 %), CH4 (0,5%). Este combustible se quema con 10% de exceso de aire. Suponiendo que el 95% del hidrocarburo presente en el combustible forma agua y el 5% del carbono presente en el combustible forma monxido de carbono , determinar: (a) El anlisis Orsat de los gases de combustin, (b )la relacin aire combustible en base masa , (c) la humedad especifica de los gases de combustin y el volumen del gas de combustin hmedo a 752 K y 1.15 atm. por kilogramo de combustible quemado.Los productos de la combustin de un hidrocarburo de composicin desconocida, da el siguiente anlisis en un aparato similar al Orsat: CO 2 (10%), CO (1,5), O2 (8,5%), N2 (79,0 %), SO2 (1,0 %). Calcular: (a) La composicin del combustible en porcentaje en peso, (b) la relacin aire/combustible en base molar, (c) el % de exceso de aire. La madera de pino tiene la siguiente composicin: C (50,31%), H2 (6,20%), O2 (43,08%); Cenizas (0,41%). Si se emplea un exceso de aire del 30% , determinar el anlisis del gas de chimenea seco y los pies cbicos del gas de chimenea seco a 330 C y una atmsfera de presin que se obtienen por libra de madera quemadaEl gas combustible tiene la siguiente composicin en volumen: CO 2 (2,1%), CO (33,8), O2 (0,5%), N2 (4,8 %), C3H6 (7%), H2 (40,6%) C2 H 5 (11,2 %). Si el gas se quema con un 30% de exceso de aire, determine el anlisis de los humos formados por combustin de este gas.5. 4320 Kg. de un combustible gaseoso tiene la siguiente composicin volumtrica: C3 H8 (70 %), C4 H10 (20,0 %), O2 (2,0 %). H2 (8,0 %). El combustible gaseoso se quema con exceso de aire. Los gases productos de la combustin tienen una humedad de 5% en volumen y la relacin molar de CO2/CO es 7. Determine: (a) la composicin volumtrica de los gases de combustin, (b) la relacin aire/combustible efectivo en base de masa.

1 Haga click para ver la clasificacin y la composicin de los combustibles 2 Haga otro click y ver la composicin terica y tcnica del aire de combustin 3 Haga un tercer click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva

1 Haga click para ver la definicin de T de inflamacin e ignicin 2 Haga otro click y ver la diferencia entre PCS y PCI3 Haga un tercer click y ver las frmulas de Dubbel4 Haga un cuarto click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva

Diapositiva sin animaciones, haga click en cualquier parte para volver a la diapositiva interactiva Combustin en un flujo estacionario

1 Haga un click para ver la reaccin qumica terica en el proceso de combustin2 Haga otro click y ver la reaccin real, con exceso de aire3 Haga un tercer click y ver la reaccin real, con defecto de aire4 Con un cuarto click ver los productos obtenidos en la combustin cuando el combustible contiene azufre 5 Haga un quinto click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva

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1 Haga un click para ver un ejemplo de analizador de gases2 Haga un segundo click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva

1 Haga un click para ver la relacin Nv / Nas2 Haga un segundo click y ver el vapor de agua que aparece en los productos de combustin 3 Haga un tercer click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva1 Haga un click para ver la ecuacin de la energa aplicada a la cmara de combustin 2 Con un segundo click ver la ecuacin de la energa aplicada a una cmara de combustin adiabtica 3 Pulse el botn de accin naranja Tabla C2 para ver entalpas de gases de combustin 4 Pulse el botn de accin naranja Cmara de combustin para ver un dibujo de una cmara de combustin 5 Una vez pulsados los botones de accin inferiores, pulse el botn de accin naranja superior derecha para ver la siguiente diapositiva Entalpa de formacin

1 Haga un primer y un segundo click para ver la ecuacin de la energa aplicada a un motor de combustin interna. 2 Haga un tercer click en cualquier parte para ver la siguiente diapositiva.