UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO PUNOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA, ELECTRONICA Y SISTEMASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA CURSO: FUERZA MOTRIZ TERMICA

PRESENTADO POR:Hancco Miranda Ramiro Vladimir CODIGO: 112051

DOCENTE: Ing. Alvaro Pablo Camacho Astoquilca

SEMESTRE: IX --------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TEORA DE LA COMBUSTINCombustin: Es una reaccin qumica durante la cual se oxida un combustible y se libera una gran cantidad de energa. El oxidante empleado con mayor frecuencia en los procesos de combustin es el aire.

Combustible: Es cualquier material que puede quemarse para liberar energa. La mayora de los combustibles conocidos se componen principalmente de hidrogeno y carbono (hidrocarburos) y se denotan por la formula general CnHm.

Los componentes antes de la reaccin son llamados reactivos y los componentes despus de la reaccin son llamados productos.Ejemplo de algunos Hidrocarburos:Los ms comunes son: Metano y Octano:

Tambin se puede citar: Mezcla de carbn, hidrogeno, azufre, oxigeno, nitrgeno y no combustibles.Para una combustin completa o estequiometria, todo el carbono es quemado y convertido en dixido de carbono (CO2) y todo el hidrogeno es convertido en agua (H2O). Estas dos reacciones de combustin completas son como sigue:

PROCESOS DE COMBUSTIN:

Consideremos la combustin del octano:

En los procesos de combustin usados en la prctica, el oxgeno es proveniente del aire atmosfrico:

Por cada 1 mol de O2 en el aire, tendremos 79 / 21 = 3,76 moles de N2De esta forma podemos escribir nuevamente la combustin del octano como:

ELEMENTOS DEL PROCESO DE COMBUSTION:

Sin entrar en detalles del proceso de combustin, los elementos ms importantes, que intervienen en el mismo son: El Combustible, elemento que representa la energa potencial a aprovechar. El Oxidante, imprescindible en las reacciones qumicas de combustin. Sistemas Auxiliares, cuya misin es poner en contacto el oxidante y el combustible. Un Reactor, donde se desarrolla el proceso de combustin. La Energa liberada durante el proceso de combustin, disponible inmediatamente. Productos de combustin, contienen energa slo disponible por recuperacin.

ESTEQUIOMETRIA DE LAS REACCIONES DE COMBUSTINEl procedimiento para suministrar la energa trmica necesaria en hornos y calderas consiste en transformar la energa potencial contenida en los combustibles en energa trmica mediante su combustin. En general, una reaccin de combustin es aqulla que incluye un combustible, un oxidante y liberacin de energa. El oxidante puede ser oxgeno o aire, y como productos se formarn el dixido de carbono (CO2), monxido de carbono (CO) y el agua (H2O), principalmente, junto con otros productos como dixido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible. La combustin completa requiere la presencia del oxgeno suficiente para que todo el carbono y el hidrgeno del combustible se conviertan en dixido de carbono y agua. Durante una combustin incompleta aparecern otros productos; el ms importante ser el monxido de carbono. La reaccin general es:

COMBUSTIBLE + OXIDANTE PRODUCTOS + ENERGIADnde:

En la industria, la quema de combustibles por lo general se lleva a cabo empleando aire como oxidante, ya que este es una mezcla de gases no reactivos que bajo condiciones normales (T = 25C y P = 1 atm) se comportan como un gas ideal. Los componentes principales de este se listan en la Tabla 3, sin embargo, para fines prcticos se supone que el aire est compuesto de 21 % de oxgeno, 79% de nitrgeno, en volumen. La masa molecular promedio del aire es de 28.97 kg/kmol.

REACCIN TERICA O ESTEQUIOMTRICA:Una de las consideraciones bsicas en el anlisis de los procesos de combustin es la reaccin terica o estequiomtrica para un combustible dado. Por definicin, ocurre una reaccin terica o estequiomtrica cuando la reaccin es completa y en los productos de la combustin no hay oxgeno excedente. Para que la combustin sea perfecta y completa, se requiere la presencia de oxgeno suficiente para que todo el carbono y el hidrgeno del combustible se conviertan en CO2 y H2O.

Por ejemplo, partiendo de un mol de combustible, la ecuacin estequiomtrica para la combustin de uncombustible CnHmOl con el aire es 2.

Donde n representa el nmero de carbonos, m el nmero de hidrgenos y l el nmero de oxgenos en el combustible.Resumiendo, una ecuacin qumica expresa el principio de conservacin de la masa en trminos de la conservacin de los tomos de las diversas especies que en ella se consideran. En la realidad, los procesos de combustin requieren ms aire que el indicado por la reaccin terica, porque aun cuando se tienen condiciones estequiomtricas, la combustin completa no tiene lugar.EXCESO DE AIRE:Si de las condiciones tericas se pasa a las reales, se observa que para conseguir una buena combustin hay que introducir una cantidad mayor de oxgeno para asegurar una buena mezcla entre el combustible y oxgeno que permita una combustin completa y sin inquemados.Cuando se suministra el aire en cantidades superiores a las demandadas por la combustin terica, entonces a ese aire extra se les denomina exceso de aire.Un exceso de oxgeno (o de aire) significa que se ha empleado un valor superior al 100 % terico. En tal caso necesariamente aparecer oxgeno como uno de los gases productos.En el caso de un quemador que recibe X % de exceso de aire, la ecuacin para la reaccin qumica de combustin de un mol de combustible CnHmOl, se escribe ahora como:

Esta reaccin es para una combustin completa. En la prctica, es probable que se presenten otros productos en pequeas cantidades.

RELACION AIRE-COMBUSTIBLE:

La relacin existente entre la masa de aire y la masa de combustible suministrada al proceso de combustin recibe el nombre de relacin de aire-combustible, y se expresa por:

Existe una relacin bien definida entre la relacin de aire y combustible y el porcentaje terico o el porcentaje de exceso de aire.Considrese la reaccin estequiomtrica general para un combustible CnHmOl, escrita como:

Donde (n+m/4l/2) es el nmero terico de moles de O2 requerido por mol de combustible. Para unaReaccin de combustibles en general:

Donde para una reaccin estequiomtrica, % terico = 100.Para una reaccin real con exceso de aire, se tiene:

COMBUSTIN INCOMPLETA:En la combustin incompleta del carbono de un combustible, el carbono reacciona segn la ecuacin C + 12 O2 CO. Como el oxgeno tiene una mayor afinidad para combinarse con el hidrgeno que con el carbono, normalmente todo el hidrgeno de un combustible se convierte en agua. Si la cantidad de oxgeno no es la suficiente para garantizar una combustin completa, es siempre el carbono el que no reacciona completamente. En la prctica, se encuentra CO entre los productos a pesar de que se haya suministrado un exceso de oxgeno. Esto se puede atribuir ya sea a una mezcla incompleta durante el proceso, o a un tiempo insuficiente para la combustin completa.

La ecuacin estequiomtrica para combustin incompleta de un mol de combustible CnHmOl, se escribe como:

Donde z, es el porcentaje de C que aparece como CO en los productos de la combustin.

AIRE HMEDO:

Como se sabe, el aire atmosfrico est constituido en su mayora de oxgeno y nitrgeno, sin embargo, en ocasiones cuenta con cantidades variables de humedad (H2O) que es preciso tener en cuenta en muchas aplicaciones.Para mezclas de aire, vapor y agua insaturada, se requiere poder indicar la cantidad de vapor de agua presente en un estado dado de la mezcla. Por convencin, esto se logra de dos formas: mediante la humedad relativa y mediante la humedad especfica w (relacin de humedad.) La relacin entre ellas es.

Donde, pv es la presin real del vapor de agua, pg representa la presin de saturacin a la misma temperatura, pa = P pg es la presin del aire y 0.622 es el cociente de las masas molares para el agua y el aire seco. Por lo tanto, la ecuacin terica para la combustin completa de un mol de combustible CnHmOl con aire hmedo es:

Los casos de combustin hasta ahora expuestos, slo manejan un problema en especfico, sin embargo, en la realidad puede darse la combinacin de estos e inclusive en el caso extremo, registrarse todas las complicaciones a la vez. A continuacin se listan los casos que pueden ocurrir durante una reaccin de combustin, para un combustible general CnHmOl con su respectiva ecuacin de reaccin.

COMBUSTIN COMPLETA CON EXCESO DE AIRE (AIRE HMEDO):

COMBUSTIN INCOMPLETA CON EXCESO DE AIRE (AIRE SECO):

COMBUSTIN INCOMPLETA CON AIRE ESTEQUIOMTRICO (AIRE HMEDO):

COMBUSTIN INCOMPLETA CON EXCESO DE AIRE (AIRE HMEDO):

ANLISIS DE ORSATEn los casos anteriores se han hecho suposiciones sobre los productos de la combustin, sin embargo, lo ms recomendable es utilizar un analizador de gases y extraer con l la informacin necesaria acerca del proceso de combustin total.Es posible utilizar muchos mtodos experimentales para determinar la concentracin de diversos componentes en los productos gaseosos reales de la combustin. El anlisis de los gases de combustin comnmente se reporta con base en un criterio seco o uno hmedo. Segn el criterio seco, no se reporta el porcentaje que hay de vapor de agua en la corriente gaseosa. El ya bien establecido analizador de Orsat es un equipo que hace el reporte del anlisis total segn el criterio seco.La reaccin real est representada por la siguiente ecuacin qumica:

Donde n1, n2, n3 y n4 se conocen del anlisis de Orsat fundamentndose en la composicin en volumen de los productos secos.Si se divide todo entre (n1 + n2)/n, la ecuacin se puede poner con base en un mol de combustible. Con base a la ecuacin estequiomtrica se tiene que el porcentaje terico de aire empleado en el proceso de combustin real es:

Por lo tanto, el % de Exceso de Aire = % Terico 100.

ENTALPA DE COMBUSTIN Y FORMACINENTALPA DE COMBUSTIN:La diferencia entre la entalpa de los productos en un estado especificado y la entalpa de los reactivos en el mismo estado en una reaccin completa se denomina entalpa de reaccin hR.

En procesos de combustin, la entalpa de la reaccin se le conoce como entalpa de combustin hC, que representa la cantidad de calor liberado durante el final del proceso de combustin de flujo estable cuando 1 Kmol o lbmol (1 Kg o 1lbm) de combustible se quema completamente a una temperatura y presin especificada .

ENTALPA DE FORMACIN:La entalpa de la combustin no es til cuando la combustin es incompleta (casos reales). As un planteamiento ms prctico seria tener una propiedad fundamental para representar una energa qumica de un elemento o un compuesto en algn estado de referencia. Esta propiedad es la entalpa de formacin la cual puede considerarse como la entalpa de una sustancia en un estado especificado debido a su composicin qumica.

A todos los elementos estables como N2, O2, H2 y C2. Se le asigna un valor de cero en el estado de referencia estndar 25 C (77 F) y 1 atm; es decir:

TEMPERATURA DE COMBUSTIN ADIABTICAEn ausencia de cualquier interaccin de trabajo y cambios cualesquiera en la energa cintica y potencial, la energa qumica liberada durante un proceso de combustin se pierde como calor a los alrededores. Cuando mas pequea es la prdida de calor, tanto mayor resulta el aumento de la temperatura. En el caso extremo que no exista transferencia de calor (Q = 0), la temperatura de los productos alcanzar un mximo, conocido como temperatura de combustin adiabtica o de flama adiabtica de la reaccin.

PODER CALORFICOPoder calorfico:Es la cantidad de energa liberada cuando un combustible se quema por completo en un proceso de flujo estable y los productos vuelven al estado de los reactivos. Estableciendo que el poder calorfico es igual al valor absoluto de la entalpa de combustin.

El poder calorfico depende de la fase de H2O en los productos. El poder calorfico recibe el nombre de poder calorfico superior (PCS) cuando el H2O est en forma lquida en los productos y poder calorfico inferior (PCI), cuando el H2O est en forma de vapor en los productos.

Donde;m: Masa del agua en los productos.Hfg: Entalpa de vaporizacin del agua a la temperatura especificada.

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