Reacciones_químicas_2015_-_parte_1(1)

REACCIONES QUMICAS parte 1

En este captulo se ocupa de los sistemas termodinmicos cuya composicin

qumica cambia durante un proceso, es decir, sistemas que implican reacciones

qumicas.

Cuando se trabaja con sistemas no reactivos, es necesario considerar slo los

cambios en la energa interna sensible (asociada a los cambios de temperatura y

presin) y la energa interna latente (asociada a los cambios de fase). Pero cuando se

trabaja con sistemas reactivos, tambin se debe considerar el cambio en la energa

interna qumica (asociada a la destruccin y formacin de enlaces qumicos entre los

tomos). La ecuacin de balance de energa desarrollada para sistemas termodinmicos

no reactivos tambin es aplicable a sistemas reactivos, aunque los trminos de energa

en el ltimo caso deben incluir el cambio en la energa qumica del sistema.

En este captulo se estudia un tipo particular de reaccin qumica, conocida como

combustin. Sin embargo, los principios desarrollados son igualmente aplicables a

cualquier reaccin qumica.

1. Combustin

Es una reaccin qumica durante la cual se oxida un combustible liberndose su

energa qumica. Durante un proceso de combustin, los componentes que existen antes

de la reaccin reciben el nombre de reactivos y los componentes que existen despus de

la reaccin se denominan productos. La ecuacin de la reaccin de combustin puede

expresarse como:

Reactivos Productos

Combustible Oxidante Productos de combustin

El comburente u oxidante empleado con mayor frecuencia en los procesos de

combustin es el aire atmosfrico o hmedo, porque es gratis y se consigue fcilmente.

El oxgeno puro 2O , se emplea como oxidante slo en algunas aplicaciones especializadas, como el corte y la soldadura, donde no se puede utilizar aire.

Composicin del aire seco

El aire seco, en condiciones ambientales, se comporta como una mezcla de gases

ideales. Por lo tanto, su composicin en base molar coincide con aquella en volumen

(Ver expresin 1.1), como se muestra en la tabla 1.1. La masa molar media de aire seco

es igual a 28.97 kg aire seco/kmol aire seco.

En el anlisis de los procesos de combustin, el argn en el aire seco se agrupa con

el nitrgeno, mientras que los gases que existen en cantidades muy pequeas se

desprecian. De modo que la composicin simplificada del aire seco en base molar o en

volumen se muestra en la tabla 1.2.

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Material didctico interno elaborado por el Dr. Ing. Rafael Saavedra Garcia Zabaleta 2

Tabla 1.1 Composicin del aire seco en base molar

o en volumen

Composicin del aire seco Fraccin molar

porcentual en

base molar o en

volumen

Oxgeno 2O 20.9 %

Nitrgeno 2N 78.1 %

Argn Ar 0.9 %

Dixido de carbono 2CO

Helio He

Nen Ne

Hidrgeno 2H

0.1 %

Tabla 1.2 Composicin del aire seco en base molar

o en volumen

Composicin del aire seco Fraccin molar

porcentual en

base molar o en

volumen

Oxgeno 2O 21 %

Nitrgeno 2N 79 %

Se recuerda que en una mezcla de gases ideales, las fracciones de presin, de

volumen y molar de un componente son idnticas en un determinado estado

termodinmico.

i i ii

p V nx

p V n . (1.1)

La fraccin molar porcentual se define como:

% 100 100ii in

x xn

. (1.2)

Cuntos kmol de oxgeno 2O y nitrgeno 2N habrn en 100 kmol de aire seco?

2

% 100 100 21%100

2 2O O

Oaire seco

n nx

n 221 2On kmol de O

2

% 100 100 79%100

2 2N N

Naire seco

n nx

n 279 2Nn kmol de N

Por lo tanto, 2 221 79 100 kmol O kmol N kmol aire seco (1.3)

En conclusin, en 100 kmol de aire seco hay 221 kmol O y 279 kmol N .

Reacciones qumicas

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______________________________________________________________________


Dividiendo la expresin (1.3) entre 100 kmol de aire seco se obtiene que en 1 kmol

de aire seco se tendr 0.21 kmol de oxgeno y 0.79 kmol de nitrgeno.

2 2 21 79 100 100 100 100

kmol O kmol N kmol aire seco

kmol aire seco kmol aire seco kmol aire seco

2 2 0.21 0.79 1

kmol O kmol N kmol aire seco

kmol aire seco kmol aire seco kmol aire seco (1.4)

Dividiendo la expresin (1.3) entre 21 kmol de oxgeno 2O se obtiene que por cada kmol de oxgeno que entra en una cmara de combustin ser acompaado por

3.76 kmol de nitrgeno y se tendr un total de 4.76 kmol de aire seco.

2 2

2 2 2

21 79 100

21 21 21

kmol O kmol N kmol de aire seco

kmol O kmol O kmol O

2 2

2 2 2

1 3.76 4.76

kmol O kmol N kmol de aire seco

kmol O kmol O kmol O (1.5)

La masa molar del aire seco se determina como:

2 2 2 2 aire seco O O N Nw x w x w

0.21 32 0.79 28 28.84

aire seco

kg aire secow

kmol aire seco

La fraccin en masa de cada componente del aire seco se calcula como:

2

2 2

32 0.21 0.233

28.84

O

O Oaire seco

w kg oxgenox x

w kg aire seco

2

2 2

28 0.79 0.767

28.84

N

N Naire seco

w kg nitrgenox x

w kg aire seco

A partir de las fracciones en masa se tendr que en 1 kg de aire seco se tendr 0.233

kg de oxgeno y 0.767 kg de nitrgeno. Por lo tanto,

0.233 0.767 1

kg oxgeno kg nitrgeno kg aire seco

kg aire seco kg aire seco kg aire seco (1.6)

La fraccin en masa porcentual se define como:

% 100 100ii im

x xm

. (1.7)

2 2% 100 100 0.233 23.3 %O Ox x

2 2% 100 100 0.767 76.7 %N Nx x

En la tabla 1.3 se muestra la composicin del aire seco en base en masa.

Reacciones qumicas

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______________________________________________________________________


Dividiendo la expresin (1.6) entre 0.233 kg de oxgeno 2O se obtiene que por cada kg de oxgeno que entra en una cmara de combustin ser acompaado por 3.29

kg de nitrgeno y se tendr un total de 4.29 kg de aire seco.

0.233 0.767 1

0.233 0.233 0.233


kg aire seco kg aire seco kg aire seco (1.8)

1 3.29 4.29


kg oxgeno kg oxgeno kg oxgeno (1.9)

Tabla 1.3 Composicin del aire seco en base en masa

Composicin del aire seco Fraccin en masa

porcentual en

base en masa

Oxgeno 2O 23.3 %

Nitrgeno 2N 76.7 %

Nitrgeno 2N A temperaturas de combustin moderadas, el nitrgeno se comporta como un gas

inerte y no reacciona con otros elementos qumicos. Pero aun en ese caso, la presencia

del nitrgeno influye de manera considerable en el resultado de un proceso de

combustin, pues el nitrgeno suele entrar a una cmara de combustin en grandes

cantidades a temperaturas bajas y salir a temperaturas considerablemente altas,

absorbiendo una buena parte de la energa qumica liberada por el combustible durante

la combustin. Sin embargo, a temperaturas de combustin muy altas, como las que se

encuentran en los motores de combustin interna, una pequea fraccin de nitrgeno

reacciona con el oxgeno para formar el xido ntrico NO . La reaccin estequiomtrica o terica de la formacin de xido ntrico ser:

2 2

1 1

2 2N O NO

Al medir con un analizador de gases la cantidad de nitrgeno presente en los

productos de combustin, se puede calcular la cantidad de aire seco y luego de oxgeno

que se ha utilizado en la reaccin.

2 0.79

kmol N

kmol de aire seco

2

2

3.76

kmol N

kmol O

Vapor de agua

El vapor de agua o humedad presente en los gases de combustin puede provenir:

del aire atmosfrico, del combustible (si fuera el caso) y de la combustin del hidrgeno

del combustible con el oxgeno del aire seco. A temperaturas de combustin moderadas,

no se presenta el fenmeno de la disociacin. Por consiguiente, la humedad en el aire

atmosfrico y en el combustible (si fuera el caso) as como el agua que se forma durante

la combustin puede tratarse como un gas inerte. Sin embargo, a temperaturas muy

Reacciones qumicas

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altas una parte del vapor de agua se disocia en hidrgeno 2H y oxgeno 2O as

como en hidrgeno monoatmico H , oxgeno monoatmico O y en hidrxilo

OH . Estas reacciones qumicas son endotrmicas, es decir absorben calor. Por consiguiente, la temperatura de los gases combustin disminuye.

2 2 2

1

2H O calor H O

2 2

1

2H O calor H OH

2 2H calor H

2 2O calor O

Cuando los gases de combustin se enfran por debajo de la temperatura de punto de

roco del vapor de agua, una parte de la humedad se condensa. Por lo tanto, cuando se

quema combustibles con presencia de azufre es importante predecir la temperatura de

punto de roco debido a que las gotas de agua suelen combinarse con el dixido de

azufre 2SO que puede estar presente en los gases de combustin, formando el cido sulfrico, el cual es muy corrosivo y da origen a la lluvia cida.

2 2S O SO

2 2 3

1

2SO O SO

3 2 2 4SO H O H SO

Temperatura de punto de roco de los gases de combustin

Si se considera que los gases de combustin se comportan como una mezcla de gases

ideales, la presin del vapor de agua vp presente en los productos de combustin se determina como:

2

,

H O

v gg bh

np p

n (1.10)

donde 2H O

n es el nmero de moles de vapor de agua en los gases de combustin, ,g bhn

es el nmero de moles de los gases de combustin en base hmeda y gp es la presin

absoluta de los gases de combustin. La temperatura de punto de roco de los gases de

combustin se define como:

@ vpr sat pT T (1.11)

Tringulo del fuego o de combustin

Debe mencionarse que poner un combustible en estrecho contacto con el oxgeno no

es suficiente para iniciar la combustin. Por fortuna es as, de otro modo, el mundo

entero estara en llamas. La temperatura del combustible debe ser mayor que su

temperatura de ignicin para iniciar la combustin. Adems, las proporciones del

combustible y del aire deben estar en un nivel adecuado para que comience la

combustin. Por ejemplo, el gas natural no se quemar en el aire en concentraciones

Reacciones qumicas

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menores a 5 % o mayores a 15%, aproximadamente. En la figura 1.1 se muestra el

tringulo de combustin o del fuego.

Principio de la conservacin de la masa

La masa total de cada elemento se conserva durante una reaccin qumica. Es decir,

la masa total de cada elemento en el lado derecho de la ecuacin qumica de la reaccin

(productos) debe ser igual a la masa total de ese elemento en el lado izquierdo

(reactivos) aun cuando los elementos existan en compuestos qumicos diferentes en los

reactivos y productos. Adems, el nmero total de tomos de cada elemento se

conserva durante una reaccin qumica. A continuacin se define la masa atmica de un

elemento y la masa molar de un compuesto.

Para un elemento

Masa total del elementoMasa atmica de un elemento

Nmero total de tomos del elemento

Para un compuesto

Masa del compuestoMasa molar de un compuesto

Nmero de moles del compuesto

En una reaccin qumica se debe cumplir que la masa total de los reactivos es igual a

la masa total de los productos. Sin embargo, el nmero total de moles de los reactivos

no es necesariamente igual al nmero total de moles de los productos. Por consiguiente,

el nmero total de moles no se conserva durante una reaccin qumica.

c aire gases de combustin

Masa total de Masa total delos reactivos los productos

m m m

c aire gases de combustin

Flujo msico total Flujo msico totalde los reactivos de los productos

m m m

Figura 1.1 Tringulo del fuego

Reacciones qumicas

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2. Procesos de combustin terica y real

A las temperaturas y presiones encontradas en la prctica, tanto el aire seco como el

atmosfrico y los productos de combustin se consideran como mezclas de gases

ideales. A continuacin se presentan las hiptesis para los modelos de reacciones de

combustin estudiadas en este captulo.

El agua presente en los productos no se disocia. No hay presencia de hidrgeno libre en los productos de combustin. El hidrgeno no se disocia en hidrgeno

monoatmico.

El oxigeno contenido en los gases de combustin no se disocia en oxigeno monoatmico.

Todo el hidrgeno del combustible reacciona con el oxgeno para formar agua.

El nitrgeno permanece inerte, es decir no reacciona con el oxgeno para formar xido ntrico.

2.1 Combustin completa

Un proceso de combustin se considera completo, si todo el carbono en el

combustible se trasforma en dixido de carbono 2CO , todo el hidrgeno se

transforma en agua 2H O y todo el azufre, si lo hay, se transforma en dixido de

azufre 2SO . Esto es, si todos los componentes inflamables de un combustible se queman totalmente durante un proceso de combustin completa. En la figura 2.1 se

muestra la combustin completa de un combustible.

La ceniza en un combustible slido es qumicamente inerte durante una combustin.

2.2 Combustin estequiomtrica o terica

Aire estequiomtrico o terico

Es la cantidad mnima de aire seco necesaria para la combustin completa de un

combustible. De manera que cuando un combustible se quema por completo con aire

terico, el oxgeno no estar presente sin combinarse en los productos de combustin.

El aire terico tambin se conoce como cantidad de aire qumicamente correcta o aire

Figura 2.1 Combustin completa de un combustible

Reacciones qumicas

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100 por ciento terico. Un proceso de combustin que se lleve a cabo con una cantidad

de aire menor al terico resultar incompleto.

Combustin estequiomtrica o terica

Es el proceso de combustin ideal durante el cual un combustible se quema por

completo con aire estequiomtrico o terico.

Hiptesis

Combustin completa.

Aire seco estequiomtrico.

El agua en los productos de combustin no se disocia.

El nitrgeno se comporta como un gas inerte.

La ecuacin de la reaccin qumica de 1 kmol de combustible m n rC H O con aire seco en un proceso de combustin estequiomtrica o terica se escribe como:

2 2 22 2 2 2 2

3.76m n r t CO H O N

Combustible Aire seco Productos de combustin

C H O a O N n CO n H O n N

Balance de masa

Se tiene 4 ecuaciones del balance de masa de los elementos y 4 incgnitas en la

ecuacin qumica de la reaccin. Por lo tanto, el sistema se puede resolver.

C 2CO

m n 2 2

/ CO m n rn m kmol CO kmol C H O

H 2

2 H On n 2 2 / 2H O m n r

nn kmol H O kmol C H O

O 2 2

2 2t CO H Or a n n 2 / 4 2

t m n r

n ra m kmol O kmol C H O

N 2

2 3.76 2t Na n 2 23.76 / N t m n rn a kmol N kmol C H O

Reemplazando se obtiene

2 2 2 2 23.76 3.764 2 2 4 2

m n r

n r n n rC H O m O N mCO H O m N

La composicin de los gases de combustin puede darse tanto en base seca como en

base hmeda. En base seca no se toma en cuenta el vapor de agua presente en los

productos de combustin. La ausencia del vapor de agua no limita la utilidad del

anlisis en base seca.

Composicin de los productos de combustin en base hmeda

El nmero de moles de los productos de combustin en base hmeda se determina

como:

2 2 2,g bh CO H O Nn n n n / m n rkmol pc bh kmol C H O

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


La ecuacin qumica de la reaccin se expresa como:

2 2 22 2 , 2 2 2, , ,

3.76CO H O N

m n r t g bhg bh g bh g bh

n n nC H O a O N n CO H O N

n n n

2 2 22 2 , , 2 , 2 , 2

3.76m n r t g bh CO bh H O bh N bhC H O a O N n x CO x H O x N

Las fracciones molares porcentuales se definen como:

2

2 2, ,,

% 100 100CO

CO bh CO bhpc bh

nx x

n

2

2 2, ,,

% 100 100H O

H O bh H O bhpc bh

nx x

n

2

2 2, ,,

% 100 100N

N bh N bhpc bh

nx x

n

En partes por milln en volumen hmedo del componente i se define como:

6 6,

,

10 10ii i bhg bh

nppmv x

n

La composicin en base molar o en volumen, referida a la base hmeda de los

productos de combustin valdr:

Composicin de los productos

de combustin en base hmeda

Base molar o en

volumen

Dixido de carbono 2CO 2 , %CO bhx

Vapor de agua 2H O 2 , %H O bhx

Nitrgeno 2N 2 , %N bhx

Composicin de los productos de combustin en base seca

El nmero de moles de los productos de combustin en base seca se determina

como:

2 2,g bs CO Nn n n / m n rkmol pc bs kmol C H O

La ecuacin qumica de la reaccin se expresa como:

2 222 2 , 2 2 2

, ,

3.76CO N

m n r t g bs H Opc bs pc bs

n nC H O a O N n CO N n H O

n n

2 2 22 2 , , 2 , 2 2

3.76m n r t g bs CO bs N bs H OC H O a O N n x CO x N n H O

Las fracciones molares porcentuales se definen como:

2

2 2, ,,

% 100 100CO

CO bs CO bspc bs

nx x

n

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


2

2 2, ,,

% 100 100N

N bs N bspc bs

nx x

n

En partes por milln en volumen seco del componente i se define como:

6 6,

,

10 10ii i bsg bs

nppmvd x

n

La composicin en base molar o de volumen, referida a la base seca de los productos

de combustin valdr:

Composicin de los productos

de combustin en base seca

Base molar o en

volumen

Dixido de carbono 2CO 2 , %CO bsx

Nitrgeno 2N 2 , %N bsx

Relacin entre el nmero de moles del aire seco terico y el nmero de moles del

combustible

/aire seco terico at

a c tcombustible c

n nn

n n

kmol aire seco terico

kmol combustible

/ 4.76a c ttn a

kmol aire seco terico

kmol combustible

Definicin de la relacin aire combustible /a cr Es la relacin entre la masa del aire y la masa del combustible en un proceso de

combustin.

/a

a cc

mr

m

kg aire

kg combustible

La relacin aire-combustible puede expresarse tambin en una base molar como la

relacin entre el nmero de moles de aire y el nmero de moles del combustible. El

recproco de la relacin aire-combustible se conoce como relacin combustible-aire

/c ar .

Relacin aire combustible estequiomtrica o terica /a c tr

/ /at at a a

a c a ct tc c c c

m n w wr n

m n w w

kg aire seco terico

kg combustible

/ 4.76a

a c ttc

wr a

w

kg aire seco terico

kg combustible

Masa de aire seco estequiomtrico o terico atm

/at a c ctm r m kg aire seco terico

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


4.76 aat t cc

wm a m

w kg aire seco terico

4.76at t a cm a w n kg aire seco terico

Flujo msico de aire seco estequiomtrico o terico atm

/at a c ctm r m kg aire seco terico/ s

4.76 aat t cc

wm a m

w kg aire seco terico/ s

4.76at t a cm a w n kg aire seco terico/ s

Masa de combustible cm

c c cm n w kg combustible

Flujo msico de combustible cm

c c cm n w kg combustible / s

Determinacin del nmero de moles de vapor de agua por mol de combustible presente

en el aire atmosfrico o hmedo

La humedad absoluta o especfica o relacin de humedad del aire atmosfrico se define

como:

2 ,

H O aire hmedo

aire seco

mw

m 2

kg H O aire hmedo

kg aire seco

El flujo molar de vapor de agua en el aire hmedo se determina como:

2

2

2

,

, ,

H O aire hmedo

H O aire hmedoH O aire

mn

w 2

kmol H O aire hmedo

s

El nmero de moles de vapor de agua en el aire hmedo por kmol de combustible se

obtiene como:

2

2

,

,

m n r

H O aire hmedo

H O aire hmedoC H O

nn

n 2

m n r

kmol H O aire hmedo

kmol C H O

2.3 Combustin completa con exceso de aire

Hiptesis

Combustin completa.

Aire seco en exceso.



Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


A manera de ejemplo, en la figura 2.2 se muestra el esquema de una cmara de

combustin donde se lleva a cabo una combustin completa con exceso de aire de un

combustible.

La ecuacin de la reaccin qumica de 1 kmol de combustible m n rC H O con aire seco en un proceso de combustin completa con exceso de aire se expresa como

2 2 2 22 2 2 2 2 2

3.76m n r r CO H O O N


C H O a O N n CO n H O n O n N

Exceso de aire e

ar at

at

m me

m

Reemplazando se obtiene:

4.76 4.76

4.76

r a c t a c r t

t a c t

a w n a w n a ae

a w n a

1r ta e a

Exceso de aire porcentual pe

*100ar atpat

m me

m

*100r tpt

a ae

a

Balance de masa

Se tiene 4 ecuaciones por el balance de masa de los elementos y 4 incgnitas en la

ecuacin de la reaccin qumica. Por lo tanto, el sistema se puede resolver.

C 2CO

m n 2 2

/ CO m n rn m kmol CO kmol C H O

H 2

2 H On n 2 2 / 2H O m n r


O 2 2 2

2 2 2r CO H O Or a n n n

Figura 2.2 Combustin completa con exceso de aire

de un combustible

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


2

14 2

t O

n re a m n

2

1 t t Oe a a n 2 2 / O t m n rn ea kmol N kmol C H O

N 2

2 3.76 2r Na n 2 23.76 / N r m n rn a kmol N kmol C H O


2 2 2 2 2 21 3.76 3.76 12

m n r t t t

nC H O e a O N mCO H O ea O e a N

Donde

4 2t

n ra m

Es interesante observar que el nmero de moles de oxgeno 2O libres en los gases

de combustin es igual a tea . Esto slo se cumple si son vlidas las hiptesis

propuestas.

Relacin entre el nmero de moles del aire seco real y el nmero de moles del

combustible

/aire seco real ar

a c rcombustible c

n nn

n n

kmol aire seco real

kmol combustible

/ 4.76a c rrn a

kmol aire seco real

kmol combustible

Relacin aire combustible real /a c rr

/ /ar ar a a

a c a cr rc c c c

m n w wr n

m n w w

kg aire seco real

kg combustible

/ 4.76a

a c rrc

wr a

w

kg aire seco real

kg combustible

Masa de aire seco real arm

/ar a c crm r m kg aire seco real

4.76 aar r cc

wm a m

w kg aire seco real

4.76ar r a cm a w n kg aire seco real

Flujo msico de aire seco real arm

/ar a c crm r m kg aire seco/ s

4.76 aar r cc

wm a m

w kg aire seco/ s

4.76ar r a cm a w n kg aire seco/ s

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


Aire terico porcentual tpa

*100artpat

ma

m

4.76*100 *100

4.76

r a c rtp

t a c t

a w n aa

a w n a

Relacin o razn de equivalencia El trmino relacin de equivalencia se suele usar referido al funcionamiento de los

motores alternativos de encendido por chispa y por compresin y en el anlisis del

quemador en las turbinas de gas.

/

/

a c t

a c r

r

r

Si la masa de aire seco real es igual a la masa de aire seco terico ar at am m m , la relacin aire-combustible terica y real se definen, respectivamente, como:

Reemplazando se tiene

/a

a c tct

mr

m

/a

a c rcr

mr

m

donde ctm es la masa de combustible terico y crm es la masa de combustible real.

Reemplazando se obtiene:

a

ct cr cr

a ct ct

cr

m

m m n

m m n

m

donde ctn es el nmero de moles del combustible terico y crn es el nmero de moles

del combustible real. Analizando la relacin de equivalencia se obtiene:

1 cr ctm m Mezcla pobre en combustible

1 cr ctm m Mezcla estequiomtrica

1 cr ctm m Mezcla rica en combustible

ndice de exceso de aire 1

Si la masa del combustible terico es igual a la masa del combustible real

ct cr cm m m se obtiene:

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


/

/

ar

a c c arr

ata c att

c

m

r m m

mr m

m

4.76

4.76 100

tpar r a c r

at t a c t

am a w n a

m a w n a

Analizando el ndice de exceso de aire se obtiene:

1 ar atm m Mezcla con exceso de aire

1 ar atm m Mezcla estequiomtrica

1 ar atm m Mezcla con deficiencia de aire

2.4 Combustin incompleta con deficiencia o defecto de aire

Un proceso de combustin es incompleto, si los productos de combustin contienen

algo de combustible o componentes no quemados o inquemados, como C , CO , 2H ,

OH , etc.

Causas de una combustin incompleta

El aire es insuficiente.

La combustin incompleta sucede incluso cuando en la cmara de combustin hay una cantidad de aire mayor que la estequiomtrica. Esto puede atribuirse a

un mezclado insuficiente entre el oxgeno y el combustible dentro de la cmara

de combustin durante el limitado tiempo en que quedan en contacto.

La disociacin, la cual se vuelve importante a elevadas temperaturas.

El oxgeno posee una mayor afinidad de reaccionar con el hidrgeno que con el

carbono. Por consiguiente, el hidrgeno presente en el combustible, normalmente, se

quema por completo formando vapor de agua, aun cuando exista menos oxgeno del

necesario para la combustin completa. Por lo tanto, una parte del carbono termina

como monxido de carbono CO o como simples partculas (holln) en los productos.

Hiptesis

Combustin incompleta.

Deficiencia de aire seco.



La ecuacin de la reaccin qumica de 1 kmol de combustible m n rC H O con aire seco en un proceso de combustin incompleta con deficiencia de aire se expresa como:

2 2 22 2 2 2 2

3.76m n r r CO CO H O N


C H O a O N n CO n CO n H O n N

Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


Deficiencia de aire d

at ar

at

m md

m

4.76 4.76

4.76

t a c r a c t r

t a c t

a w n a w n a ad

a w n a

1r ta d a

Deficiencia de aire porcentual pd

*100at arpat

m md

m

*100t rpt

a ad

a

Balance de masa


ecuacin de la reaccin qumica. Por lo tanto, el sistema se puede resolver.

C 2CO CO

m n n

2CO CO

n m n 2 2

2 / CO t m n rn m da kmol CO kmol C H O

H 2

2 H On n 2 2 / 2H O m n r


O 2 2

2 2r CO CO H Or a n n n

2 1 2 22

t CO CO

nd a m n n r

2 1 24 2

t CO

n rd a m n

2 1 2t t COd a a n 2 / CO t m n rn da kmol CO kmol C H O

N 2



2 2 2 2 21 3.76 2 2 3.76 12

m n r t t t t

nC H O d a O N m da CO da CO H O d a N

donde:

4 2t

n ra m

2.5 Combustin incompleta con exceso de aire

Hiptesis

Combustin incompleta.

Exceso de aire seco.


Reacciones qumicas

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________



La ecuacin de la reaccin qumica de 1 kmol de combustible m n rC H O con aire seco en un proceso de combustin incompleta con exceso de aire se expresa como:

2 2 2 22 2 2 2 2 2

3.76m n r r CO CO O H O N


C H O a O N n CO n CO n O n H O n N

Balance de masa


ecuacin de la reaccin qumica. Por lo tanto, el sistema no se puede resolver al menos

que se cuente con un dato adicional o un modelo de combustin que proporcione una

ecuacin adicional.

C 2CO CO

m n n 2 2

/ CO CO m n rn m n kmol CO kmol C H O

H 2

2 H On n 2 2 / 2H O m n r


O 2 2 2

2 2 2r CO CO O H Or a n n n n

2

2 1 2 2 22

t CO CO O

ne a m n n n r

2

2 1 2 24 2

t CO O

n re a m n n

2

2 1 2 2t t CO Oe a a n n

2 2

2 /

2

t COO m n r

ea nn kmol O kmol C H O

N 2


Donde:

4 2t

n ra m

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Reacciones_químicas_2015_-_parte_1(1)