PROCESOS DE COMBUSTIÓN Y EL CALOR DE

COMBUSTIÓN

Profesora: Clara Turriate

Clara Turriate

Sus aplicaciones de los procesos de combustión:

Calefacción (hogueras, estufas, calderas), Producción de electricidad (centrales térmicas), Propulsión (motores alternativos, turbinas de vapor,

turbinas de gas), Procesamiento de materiales (reducción de óxidos,

fundición, cocción, secado), Eliminación de residuos (incineración de basura), Producción de frío (frigoríficos de absorción), Iluminación (hasta finales del siglo XIX era el único

método de luz artificial).Clara Turriate

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Entalpia a P y V constante

Clara Turriate

Entalpia a P y V constante

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Calor de Reacción

Clara Turriate

Ejemplo

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Calor de Reacción

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Calor de Reacción

Clara Turriate

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Reacciones de Combustión

Clara Turriate

Ejemplo

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Reacciones de Combustión

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Combustión en un flujo estacionario

1 kmol combustible Cámara combustión

2

Productos

1

Aire

QReactivos _Q = H2 – H1_Q = HP – HR

kJkmol

_ _ _ HR = nComHcomb + nO2HO2

+ nN2 HN2 _ _ _

HP = nCO2 HCO2 + nH2O

HH2O + nN2

HN2

ProductosCámara combustión

1

combustible

AireT2

Q=0 Combustión adiabática

T2 Tª adiabática de llama

HP = HR

0= HP – HR

Clara Turriate ∆ H = nCp ∆T-

Balance de energía de un motor de combustión interna

combustible

Motor2

gases de escape

1

Aire

.W

. Q

HP y HR kJKmol combustible

.W potencia del banco

de ensayo .Q flujo de calor

kw

. . mcombncombflujo de combustible Mcomb

Kmolcombustible s

. . .Q = ncomb(HP – HR) + W

Ecuación de la energía :

Clara Turriate

Ejercicio 1Una central térmica utiliza gas natural como combustible y aire como comburente para la producción de energía eléctrica. El aire ingresa con 25% de exceso sobre el estequiometrico y el gas natural empleado tiene la siguiente composición (%V): CH4 (83,6%), C2H6(7,7%), C3H8(2%), C4H10(1,2%), N2(5,5%). Si el gas natural y el aire ingresan a la central térmica a 25ºC, y los gases de la combustión salen a 550 º C, calcular el calor liberado en el proceso (KJ/kg de combustible). Considerar combustión completa

Clara Turriate

 Datos Complementarios:  Calores específicos molares medios (J/mol-K) : CO2 (37,15), O2

(29,38), N2 (29,06), H2O (v) (35,28) Entalpias de formación a 25°C (KJ/mol) CH4 (-74,84), C2H6(-84,67), C3H8(-103,75), C4H10(-124,70), CO2 (-393,52), H2O (g) (-241,82) Rta. -33674,1470 KJ/kg

Ejercicio 21. En una caldera se quema completamente con aire seco un

combustible de relación molar: C/H2 = 7,33 obteniéndose un gas de chimenea. El aire y el combustible ingresan a la caldera a 25°C, los gases productos de la combustión salen a 1500 K y a presión constante. Si el aire ingresa con 30% de exceso, determine, la cantidad de calor generado por la combustión, en Kcal/kg de combustible.

 Datos Complementarios:

  Calores específicos molares medios (cal/mol-°C) : CO2 (10,2), O2 (7,3), N2 (7,0), H2O (v) (8,3)

  Entalpias de formación a 25°C (Kcal/mol) : CO2 (-94,1), H2O (g) (-57,8)

 

Clara Turriate

Entalpia

Clara Turriate

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PRACTICA DIRIGIDA

Clara Turriate

Problema 1.- 1500 Kg/ h de un fuel que contiene un 88% de C y un 12% en peso de hidrogeno se quema en un horno dando un gas de chimenea que contiene CO2, O2, N2 y agua, con la siguiente composición molar en base seca: CO2(13,1%), O2(3,7%), N2(83,2%)El aire y el fuel oíl entran al horno a 25°C y el horno pierde por las paredes 4,5x106 kcal /h. calcular:a)Los kmoles de gas de chimenea producidosb)Los kmoles de agua de combustión en el gas de chimenea por cada 100 kmoles de gas de chimenea secoc)El exceso de aire empleadod)La temperatura de salida de los gases de chimenea.

Calores específicos de los gases (kcal /kmol °C)CO2 : 10,2; O2: 7,3; N2: 7,9 H2O(v) : 8,3Entalpia de la reacción a 25°C: C+O2 →CO2 ∆H° = -94502 kcal/kmolEntalpia de formación del agua líquida a 25°C: - 68320kcal /kmolCalor latente de vaporización del agua a 25°C: 106000kcal /kmol

Clara Turriate

La composición química en base seca de cierto carbón es la siguiente: Composición en % en peso: Carbono 78,5 ; Oxígeno 10,0; Hidrógeno 6,0 ; Nitrógeno 1,5 ;Azufre 0,5 ;Cenizas 3,5. Además, el carbón contiene un 10 % de humedad. Se desea quemar este carbón con un 25 % de exceso de aire. Se pide:

(a) Relación aire/combustible (masa).

(b) Si la potencia calorífica superior (PCS) del combustible seco es de 42 MJ/kg, determinar la potencia calórica inferior (PCI) de este carbón seco.

c) Si este carbón se utiliza sin secado previo es decir, sin retirar la humedad; ¿cuál será su PCS aparente?

d) De los productos de combustión, se sabe que el CO2 contribuye al efecto invernadero, y el SO2 a la lluvia ácida. Calcular cuántos kg de CO2 y de SO2 se vierten al ambiente por cada tonelada de este carbón que se quema.

Problema 2.-

Clara Turriate

finfinClara Turriate