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COMBUSTION COMBUSTIBLES Y ANALISIS PRODUCTOS COMBUSTION Combustin es una reaccin qumica rpida entre una sustancia combustible y el oxgeno ( oxidacin), a una temperatura adecuada ( temperatura de ignicin). En esta reaccin qumica se libera una determinada cantidad de calor, en mayor o menor grado, dependiendo del tipo de combustible y de la forma en que se realice la combustin, producindose una llama caracterstica.

El oxgeno puede ser suministrado en forma pura o bien del aire atmosfrico. Solamente existen 3 elementos qumicos combustibles, que son:

Hidrgeno - H2 Peso molecular = 2 kg/kmol Carbono - C Peso molecular = 12 kg/kmol Azufre - S Peso molecular = 32 kg/kmol

Por lo tanto toda sustancia combustible debe poseer en su constitucin qumica, a lo menos, uno de los 3 elementos qumicos combustibles. Los combustibles ms comunes, tales como el carbn, madera, petrleo y gas, estn constituidos principalmente por Carbono, Hidrgeno, Azufre, y trazas de otros componentes qumicos como Nitrgeno, Oxgeno, Agua y cenizas ( materias minerales inorgnicas ). COMBUSTION DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS COMBUSTIBLES.

C + O2 CO2 + 7.832 kcal /kg (comb.comp) C + O2 CO + 2.200 kcal /kg (comb.incom.) H2 + O2 H2O(l) + 33.888 kcal /kg (PCS) H2 + O2 H2O(g) + 28.651 kcal /kg (PCI) S + O2 SO2 + 2.200 kcal /kg N2 ( No reacciona ) N2 H2O ( No reacciona ) H2O O2 + O2 ( O2 libre) si se suministra en exceso Cenizas ( No reaccionan ) Cenizas ( slidas ) precipitan ( no pasan a los humos)

Elemento Combustible

Productos Combustin Calor + +

Oxgeno

Combustible Productos

Combustin Calor + + Oxgeno

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Cuando se suministra exceso de oxgeno, a una combustin, entonces debe aparecer oxgeno libre en los productos de la combustin. Para efectos de clculo de combustin se acostumbra a trabajar con kmoles de una sustancia. 1 kmol = 6,023 * 1026 molculas m = n * PM ( kg) m = masa en kg n = kmoles PM = Peso molecular en kg/ kmol COMBUSTION DEL CARBONO CON OXIGENO PURO C + O2 CO2 kmol) 1 + 1 1 kg) 12 + 32 44 kg O2 / kg carbono = 32 / 12 = 2,67 ( para combustin completa) C + O2 CO kmol) 1 + 1 kg) 12 + 16 28 kg O2 / kg carbono = 32 / 12 = 1,33 (combustin incompleta) COMBUSTION DEL HIDROGENO CON OXIGENO PURO H2 + O2 H2O kmol) 1 + 1 kg) 2 + 16 18 kg) 1 + 8 9 kg O2 / kg Hidrgeno = 16 / 2 = 8 COMBUSTION DEL AZUFRE CON OXIGENO PURO S + O2 SO2 kmol) 1 + 1 1 kg) 32 + 32 64 kg O2 / kg azufre = 32 / 32 = 1

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COMBUSTION COMPLETA Ocurre cuando los elementos qumicos del combustible se quema totalmente, con el oxgeno, segn las reacciones indicadas anteriormente y adems el combustible libera toda su energa qumica almacenada. Es la combustin ideal. Los gases deben verse transparentes. En esta situacin el carbono del combustible debe pasar todo a dixido de carbono (CO2), y todo el hidrgeno se transforma en agua.. COMBUSTION INCOMPLETA Se presenta cuando permanecen fracciones o elementos qumicos del combustible sin quemar y solamente libera parte de su energa qumica. Da lugar a la aparicin de holln (humo negro) y monxido de carbono. CAUSAS DE COMBUSTION INCOMPLETA

Dficit de oxigeno o aire. Mal mezclado oxgeno ( aire ) combustible Baja temperatura del hogar o zona de ste- Deficiencia en el sistema de combustin Volumen del hogar insuficiente

COMBUSTIBLES

a) NATURALES b) ARTIFICIALES

Slidos Lquidos Gaseosos

SOLIDOS NATURALES

Madera Carbn mineral

SOLIDOS ARTIFICIALES

Carbn vegetal Coke Papel Cartn Etc.

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LIQUIDOS NATURALES Petrleo crudo

LIQUIDOS ARTIFICIALES

Kerosene Gasolina Nafta Petrleo Diesel N 2 ( petrleo liviano) Petrleo N5 o N6 ( petrleos pesados) Alcohol

GASEOSOS NATURALES

Gas natural ( metano y etano ) Fermentacin de elementos orgnicos

GASEOSOS ARTIFICIALES

Gas licuado ( propano y butano ) Gas de cuidad ( destilacin del carbn mineral) Gas de cokera Gas de alto horno

COMBUSTIBLES SOLIDOS

ANALISIS QUIMICO GRAVIMETRICO

Elemento qumico

CARBON Lota

CARBON Magallanes

MADERA

H2 5,6 6,1 6,3 C 73,2 49,0 52,0 O2 10,9 30,0 41,3 N2 1,3 0,6 0,1 S 1,9 0,3 ---

Cenizas 7,3 1 4,0 0,3 100 % 100 % 100 %

PODER CALORIFICO SUPERIOR

kcal/kg 7370 4.790 Seca : 4.470 10% hum: 3.980 20% hum: 3.480 30% hum: 2.450 50% hum: 1.960

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RESIDUOS SOLIDOS ( Poder calorfico inferior ) Basura domstica : 1.000 a 4.000 kcal/kg Goma, papel, cuero : 5.500 a 7.000 kcal/kg Neumticos, latex : 10.000 a 11.000 kcal/kg Licor negro : 2.200 kcal/kg Plsticos : 6.000 a 11.000 kcal/kg COMBUSTIBLES LIQUIDOS

N Nombre y tipo Peso especfico (kg/litro)

P.C.S kcal/kg

P.C.I kcal/kg

Punto inflamacin

1 Gasolina Kerosene Nafta

0,7 0,81 11.200 10.300 Menor que 83C

2 Diesel Motores Calderas

0,84 0,92 10.900 10.100 Mayor que 83

C 4 Residual muy

liviano 0,86 0,92 10.200 9.700

5 Residual pesado 0,93 10.500 9.700 6 Residual pesado 0,95 10.500 9.700

ANALISIS DEL PETROLEO N 2 DE CALDERAS GRAVIMETRICO

Anlisis Valor tpico Mximo Mnimo

Carbono (C) Hidrgeno (H2) Azufre (S) Cenizas Agua Oxgeno (O2) Nitrgeno (N2)

86,0 13,1 0,7

Trazas Trazas Trazas Trazas

------ ------ 1,0

0,02 0,1

------ ------

------ ------ ------ ------ ------ ------ ------

Escurrimiento - 4,0 C ------

- 12,0

Inflamacin 74 C ----- 51 C Viscosidad SSU

40 C 40 45 33

Poder Calorfico Superior (kcal/kg)

10.800

Y/X = ( 13,1/1)/(86/12) = 1,83 ( Relacin tomos H2/tomos C)

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Los combustibles derivados del petrleo crudo, se componen esencialmente de carbono e hidrgeno, es por ello que se denominan hidrocarburos. La representacin qumica molecular de estos combustibles es de la forma CxHy

La razn y/x , en alguna forma define la caracterstica de los combustibles, de este modo que, en forma aproximada, se tiene: y/x Gas metano : 4,0 Gas propano : 2,7 Kerosene : 2,1 Gasolina : 2,1 Peteleo Diesel : 1,8 Petrleos pesados : 1,5 Carbn mineral : 0,6 0,8

COMBUSTIBLES GASEOSOS La gran mayora de ellos son productos de la destilacin fraccionada del petrleo crudo, y por lo tanto son hidrocarburos de la forma CxHy , tales como:

Metano - CH4 Etano - C2H6 Propano - C3H8 Butano - C4H10 Heptano - C7H16 Octano - C8H18

Otros gases combustibles como los obtenidos de la produccin del coke, gas de destilacin del carbn ( gas corriente o de cuidad), gas de alto horno y gasificacin de la madera, contienen adicionalmente oxgeno, nitrgeno, entre otros gases. Importante tambin es el gas natural que aparece junto con el petrleo crudo o bien solo.

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COMPOSICION VOLUMETRICA ( % )

Gas alto horno Gas de coquera Gas pobre (antracita)

Hidrgeno (H2) 3,0 55,0 24,2 Mon. Carbono (CO) 26,0 7,0 16,6 Nitrgeno (N2) 56,0 1,5 45,9 Oxgeno (O2) ---- ---- ---- Diox.Carb. (CO2) 9,5 1.2 11,3 Vapor agua (H2O) 5,0 1,0 ---- Metano (CH4) 0,5 32,0 2,0 Benceno ( C6H6) --- 0,8 ----- Etileno (C2H4) ---- 1,5 ----- Poder Calorif. Inf. (kcal /m3 )

900 4.840 1.300

Densidad (kg/m3 )

1,25 0,45 1,05

Gas natural: Se denomina gas natural a una mezcla de gases, cuyos componentes principales son hidrocarburos gaseosos, en particular metano el que est en una proporcin superior al 70%. El gas natural se encuentra en la naturaleza en las llamadas bolsas de gas, bajo tierra, cubiertas por capas impermeables que impiden su salida al exterior. El gas natural se puede encontrar acompaado al crudo, en pozos petrolferos (gas natural asociado) o bien en yacimientos exclusivos de gas natural (gas natural no asociado). Las reservas probadas de gas natural en Sudamrica al ao 1998 es de 5.69 trillones de metros cbicos, cifra que ha aumentado considerablemente en el ltimo ao por los nuevos descubrimientos hechos en Bolivia. De la cifra antes sealada, Venezuela participa con un 71% y Argentina con 12%. El poder calorfico del gas natural que llega a Concepcin alcanza, en la actualidad, a los 9.270 kcal/Nm3.

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AIRE ATMOSFERICO Como elemento oxidante, en un proceso de combustin, normalmente se emplea aire atmosfrico, el que en algunos casos es previamente calentado. Para efectos prcticos se considera que el aire seco se compone de Nitrgeno y Oxgeno, en la siguiente composicin volumtrica:

O2 = 21 % N2 = 79 %

Considerando el aire atmosfrico como un gas ideal, sabemos que en mezcla de gases ideales la relacin volumtrica de sus componentes es igual a la relacin molar. Por lo tanto tenemos: Volumen de N2 / Volumen de O2 = kmoles de N2 / kmoles de O2 = 79 / 21 kmoles de N2 / kmoles de O2 = 3,76. Por lo tanto, por cada kmol de O2 que suministremos a la combustin, debe ir acompaado de 3,76 kmoles de N2 . Adems el nitrgeno es un gas inerte y por lo tanto no reacciona en la combustin, y todo el N2 del aire, debe aparecer en los productos. PESOS MOLECULARES kg/kmol CARBONO C 12 HIDROGENO H2 2 AZUFRE S 32 OXIGENO O2 32 NITROGENO N2 28 AGUA H20 18 MONOXIDO CARBONO CO 28 DIOXIDO DE CARBONO CO2 44 DIOXIDO DE AZUFRE SO2 64 RELACION AIRE COMBUSTIBLE ( Ra/c ) Es la cantidad de aire suministrada o la que debe suministrarse a una combustin, por unidad de combustible. Puede expresarse en masa o en volumen, es decir :

m3 aire / m3 combustible kg aire / kg combustible.

Debe distinguirse la relacin aire combustible real, respecto a la relacin aire combustible ideal.

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COMBUSTION IDEAL O ESTEQUIOMETRICA Ra/c(i) Es aquella donde se suministra el aire estrictamente necesario, para quemar completamente un combustible y que contiene el oxgeno preciso para asegurar la combustin terica completa. En esta combustin todo el carbono del combustible debe transformarse en CO2 y no debe aparecer O2 libre en los productos. QUIMICA DE LA COMBUSTION CON AIRE SECO COMBUSTION DEL CARBONO CON AIRE C + O2 + 3,76 N2 CO2 + 3,76 N2 kmol) 1 + 1 + 3,76 1 + 3,76 kg) 12 + 32 + 3.76*28 44 + 105,28 kg aire/ kg carbono = (1*32+ 3,76*28) / 12 = 11,5 para combustin completa C + O2 + ( 3,76/2) N2 CO + 3,76 N2 kmol) 1 + + 1,88 1 + 1,88 kg) 12 + 16 + 1,88*28 28 + 52,64 kg aire/ kg carbono = (16+ 1,88*28) / 12 = 5,75 combustin incompleta COMBUSTION DEL HIDROGENO CON AIRE H2 + O2 + (3,76/2) N2 H2O + 1,88 N2 kmol) 1 + + 1,88 1 + 1,88 kg) 2 + 16 + 1,88*28 18 + 52,64 kg aire / kg Hidrgeno = (16 + 52,64) / 2 = 34,5 COMBUSTION DEL AZUFRE CON AIRE S + O2 + 3,76 N2 SO2 + 3,76 N2 kmol) 1 + 1 + 3,76 1 + 3,76 kg) 32 + 32 + 3.76*28 64 + 105,28 kg aire/ kg azufre = (1*32+ 3,76*28) / 32 = 4,31

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PODER CALORIFICO. Es la cantidad mxima de calor que puede liberar un combustible , cuando se quema completamente en combustin completa, partiendo desde Reactivos a una temperatura estndar ( 15,6C o 25C) y obteniendo productos a la misma temperatura estndar . Existen dos formas de expresar el Poder Calorfico. PODER CALORIFICO SUPERIOR. Es el calor que libera el combustible cuando el agua formada en los productos sale en fase lquida. PODER CALORIFICO INFERIOR. Es el calor que libera el combustible cuando el agua formada en los productos sale en fase gaseosa (vapor). La diferencia entre ellos corresponde al calor latente de vaporizacin del agua formada por la reaccin del H2 del combustible, y tambin por la humedad que pueda poseer el combustible. PCIb.s. = PCSb.s - 600 ( X + 9 *H2 ) kcal/kg combustible seco Donde: X = Contenido de humedad en el combustible, en kg/kg combustible seco H2= Composicin gravimtrica del H2 en el combustible, en kg H2/kg combustible. Los poderes calorficos pueden expresarse en base seca o en base hmeda. Esto influye de modo significativo en combustibles cuyo contenido de humedad vara en forma importante, como ser la madera. PC b.h = PC b.s - X ( PC b.s + 600 ) HUMEDAD BASE HUMEDA ( x) 1 kg hmedo x = kg agua / kg hmedo 1- x = kg de material seco / kg hmedo HUMEDAD BASE SECA ( u) 1 kg SECO u = kg agua / kg seco 1+ u = kg de material hmedo u x x = u = u + 1 1 - x

x

1 x

u

1 kg seco

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EXCESO DE AIRE Es la cantidad de aire adicional al ideal que se suministra para asegurar que la combustin sea lo ms completa posible. Se expresa en porcentaje respecto al aire ideal, y depende del tipo de combustible, tipo de quemador, grado de granulometra si el combustible es slido, grado de atomizacin si el combustible es lquido, turbulencia en la cmara de combustin, temperatura de la combustin, diseo del hogar y experiencia del operador. Este exceso es necesario ya que la reaccin de todos los elementos combustibles tienen una velocidad determinada o est atenuada por la presencia de gases inertes. Cuando se suministra exceso de aire a una combustin, debe aparecer inevitablemente oxgeno libre en los productos de la combustin. El porcentaje de O2 libre da una idea inmediata si el exceso es alto o moderado. El porcentaje de exceso de aire o dficit de aire con que se desarroll una combustin real se puede calcular de las siguientes formas: Ra/c - Ra/c (I) % Exceso aire = * 100 Ra/c (I) O2 aire comb.real - O2 aire comb. ideal % Exceso aire = * 100 O2 aire comb. ideal O2 libre prod (CO/2) productos % Exceso aire = * 100 0,266 N2 - (O2 libre prod (CO/2) productos) En esta ltima ecuacin los componentes indicados corresponden a los porcentajes volumtricos, de dichos componentes, en los productos secos de la combustin. EXCESOS DE AIRE RECOMENDADOS Sistema de combustin Exceso de aire (%) Carbn, parrilla fija, manual 45 - 50 Carbn, parrilla mvil, esparcimiento 30 - 45 Carbn pulverizado 15 - 20 Madera, 40% humedad, pila 35 - 50 Desechos hmedos de madera 70 - 120 Petrleo, atomizado mecnicam. y con aire 18 - 20 Gas 10 - 12

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En general un dficit de aire o exceso bajo el recomendado, conducen a una combustin incompleta, con el consiguiente desaprovechamiento de la energa qumica del combustible. Asimismo, si el exceso es muy alto, el aire enfra los productos de la combustin y tambin se forma CO, con el agravante adicional que al formarse ms masa de productos stos se llevan ms energa hacia el exterior ( ambiente ), perdindose una mayor cantidad de calor del combustible en los gases que escapan por la chimenea. En general, se puede mencionar que una combustin se puede optimizar, controlando la composicin de los gases de combustin, y regulndola de tal modo que el CO2 sea al mximo con el menor contenido de O2 ( exceso de aire ) o bien que el CO sea lo mnimo, con el menor valor de O2. MEZCLADO Un buen mezclado del combustible y el aire es importante, de modo que la distribucin sea uniforme para que cada molcula de combustible encuentre el oxgeno necesario para quemarse. Un barrido altamente turbulento ayuda a un mejor mezclado. Los combustibles lquidos son corrientemente evaporados y los vapores combustibles resultantes son quemados como gases. La atomizacin lquida acelera la evaporacin. El calor de la llama adyacente causar a veces el cracking del combustible, o su descomposicin entes de evaporarse. Este cracking, generalmente produce hidrocarburos ms livianos que arden como gas y un hidrocarburo ms pesado que puede arder como carbn slido, produciendo una llama amarilla muy luminosa. Cuando se quema carbn , el proceso es ms complicado debido a que cada tomo de oxgeno debe contactar la superficie del carbn, formando gas CO u luego quemarse este gas al encontrar oxgeno adicional, formando CO2. Si debe quemarse combustibles slidos al alta velocidad, comparable a la alcanzable con petrleo, ste debe pulverizarse, incrementando as la superficie de reaccin. IGNICION La combinacin qumica del combustible con el aire ocurre a temperatura ambiente muy lentamente. Si una pila de carbn est localizada en un lugar cerrado, la pequea cantidad de calor liberada, por esta oxidacin lenta, elevar la temperatura de la pila. A medida que dicha temperatura se eleva la velocidad de la oxidacin crece y la temperatura se eleva an ms. Se llega finalmente a un encendido espontneo del material, inicindose una autoignicin. En los casos en que se desea encender rpidamente una mezcla combustible-aire, es necesario aplicar mucho calor a un rea localizada, de modo de acelerar la reaccin de oxidacin, hasta que sta entregue calor ms rpidamente que el que se pierde hacia los alrededores. Ocurrido esto continuar encendindose por si misma, sin necesidad de una fuente exterior.

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La mnima temperatura a la cual lo anterior es posible, se denomina temperatura de ignicin de la mezcla. Una corriente de aire fro o el contacto con una muralla fra pude enfrar algunas partes de la llama a un nivel ms bajo que le temperatura de ignicin., de modo que algo del combustible no se queme. As, es posible tener una combustin incompleta, an cuando todos los requerimiento para la combustin fueran satisfactorios en la base de la llama. AIRE PRIMARIO Este aire permite la combustin de los componentes fijos del combustible sobre la parrilla y es inyectado por la parte inferior de sta. En el caso de combustibles lquidos y slidos pulverizados, dicho aire se emplea para inyectar el combustible al hogar y/o atomizar el combustible. AIRE SECUNDARIO Se emplea para quemar los voltiles que salen a lata velocidad desde el slido sin que alcance a reaccionar sobre la parrilla y adems para completar la combustin del CO que no encontr oxgeno suficiente sobre la parrilla. AIRE TERCIARIO Se emplea en algunos casos, principalmente donde se tiene una gran cantidad de voltiles y las tasas de combustin son altas, por lo que el tiempo de residencia de las partculas es corto.

COMBUSTION DE UN COMBUSTIBLE HIDROCARBURO

A partir del anlisis de un combustible de la forma CxHy, es posible establecer el balance de la ecuacin de combustin, a travs del siguiente mtodo, que se muestra con el ejemplo para el isoctano normal C8H18.

Toda ecuacin de combustin debe plantearse en kmoles. Debemos darnos una base para esta combustin, que puede ser: 1 kmol de

combustible; 100 kmoles de combustible; 1 kg de combustible o 100 kg de combustible.

Debemos balancear lo elementos qumicos de los REACTIVOS (combustible + aire), con los de los PRODUCTOS. Es decir, nmero de tomos de cada elemento qumico de los Reactivos, debe ser igual al nmero de tomos del dicho elemento que aparece en los Productos.

Si se plantea la combustin ideal, entonces todo el carbono del combustible se transforma en CO2 ( nada de CO en los productos), y no debe aparecer O2 libre en los productos ( oxgeno preciso suministrado a la combustin).

Todo el N2 del aire debe aparecer como tal en los productos ( no reacciona).

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COMBUSTION IDEAL O ESTEQUIOMETRICA

Base de combustin : 1 kmol de combustible REACTIVOS PRODUCTOS C8H18 + a O2 + 3,76 a N2 xCO2 + y N2 + z H2O Balance de los elementos qumicos

C) x = 8 x = 8 H) 18 = 2 z z = 9 O) 2a = 2x + z a = 12,5 N) 2*3,76a = 2 y y = 47

COMBUSTION IDEAL BALANCEADA C8H18 + 12,5 O2 + 47 N2 8CO2 + 47 N2 + 9 H2O Combustible Aire Productos hmedos combustin De esta ecuacin se pueden obtener muchos parmetro de inters, considerando que los productos se comportan como una mezcla de gases ideales y rigen la ecuacin de estado, Ley de Amagat, Ley de Dalton, etc. Por lo tanto podemos calcular :

Relacin aire- combustible ideal Composicin volumtrica de los productos Relacin kgs. de productos / kg comestible Relacin kgs. de agua formada / kg combustible Presin parcial de los componentes de los productos. Temperatura del punto de roco del vapor de agua en los productos.

CALCULO DE LA COMPOSICION VOLUMETRICA DE LOS PRODUCTOS HUMEDOS Relacin volumtrica = Relacin molar

Componente kmol % Volumt. CO2 8 12,5 N2 47 73,5 H2O 9 14,0 64 100 CALCULO MASA PRODUCTOS POR kg DE COMBUSTIBLE mg= (8*44 + 47*28+ 9*18) /( 8*12 + 18*1) = 16,14 kg.prod.hm./kg comb.

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RELACION AIRE-COMBUSTIBLE IDEAL O ESTEQUIOMETRICA Ra/c(I) = ( 12,5*32 + 47* 28 ) / ( 8*12 + 18*1) = 16,1 kg aire ideal/kg comb.

COMBUSTION REAL CON 20 % EXCESO DE AIRE

Base de combustin : 1 kmol de combustible --- Se asume combust. completa REACTIVOS PRODUCTOS HUMEDOS C8H18 + a O2 + 3,76 a N2 xCO2 + w O2 + y N2 + z H2O Balance de los elementos qumicos a = 1,2 a = 1,2* 12,5 = 15 3,76 a = 56,4 = y

C) 8 = x x = 8 H) 18 = 2 z z = 9 O) 2 * 15 = 2x + 2w + z w = 2,5 N) 2 *3,76 a = y = 56,4 y = 56,4

COMBUSTION REAL BALANCEADA C8H18 + 15 O2 + 56,4 N2 8CO2 + 2,5 O2 + 56,4 N2 + 9 H2O Combustible Aire Productos hmedos combustin CALCULO DE LA COMPOSICION VOLUMETRICA DE LOS PRODUCTOS HUMEDOS Relacin volumtrica = Relacin molar

Componente kmol % Volumt. CO2 8 10,54 O2 2,5 3,29 N2 56,4 74,31 H2O 9 11,86 75,9 100,00 CALCULO MASA PRODUCTOS POR kg DE COMBUSTIBLE mg=(8*44 + 2,5*32+ 56,4*28+ 9*18) /( 8*12 + 18*1)= 19,06 kg.p.h/kg comb. RELACION AIRE-COMBUSTIBLE REAL Ra/c(I) = ( 15*32 + 56,4* 28 ) / ( 8*12 + 18*1) = 18,06 kg aire real/kg comb.

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ANALISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTION Se utiliza para conocer la razn aire-combustible obtenida en una combustin real y adems el grado de perfeccin de sta. SIGNIFICADO DEL % DE CO2. O2 Y COMBUSTIBLES NO QUEMADOS Con un buen mezclado , se obtiene combustin perfecta cuando el anlisis de gases de escape no muestra CO, H2 u O2, y cuando el porcentaje de CO2 es el mximo posible para un determinado combustible. El mximo de % CO2 terico en los productos ecos de escape se denomina %CO2 final o mximo. Al ajustar la relacin aire-combustible hasta obtener el mximo de CO2 junto con los mnimos de O2 y combustible no quemado, el operador puede regular un quemador en torno al punto de mejor eficiencia. Esto permite fijar aproximadamente la relacin aire-combustible en hogares con un quemador, sin medir los flujos de combustible y aire. Con mezclado insuficiente, como sucede cuando se quema carbn sobre parrilla o cuando el petrleo es quemado en un quemador tipo mezcla retardada, el modo en el cual el anlisis de gases de combustin vara con los cambios en la relacin aire-combustible es una funcin del arreglo fsico del quemador y la cmara de combustin. La Tabla IV-3 proporciona los porcentajes de CO2, que se obtendran con mezclado perfecto de distintas cantidades de aire con algunos combustibles especficos. INSTRUMENTOS Varios tipos de instrumentos estn disponibles para analizar los gases en una chimenea. La mayora indica el porcentaje en volumen de los distintos componentes de los gases secos. Uno de los aparatos ms comunes es el aparato ORSAT, el que trabaja sobre el principio de absorcin selectiva de los gases, por soluciones qumicas. El aparato Orsat indica porcentajes de CO2, O2 y CO. El porcentaje de CO2 es a menudo el nico que se mide. Actualmente existen analizadores electrnicos digitales, que utilizan sensores electroqumicos para detectar componentes como el % de O2 libre, el CO ( en ppm), temperatura de los gases y del aire ambiental y tiraje de la chimenea. Variables como el %CO2, % exceso de aire y rendimiento de la combustin los calcula de acuerdo al tipo de combustible que se est quemando. Los ms famosos son marca ENERAC y TESTO.

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ANALIZADOR DE GASES DIGITAL ENERAC 2000

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ANALIZADOR DE GASES ORSAT

ANALIZADOR DE GASES DIGITAL TESTO 325 M

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VARIABLES A DETERMINAR A PARTIR DEL ANALISIS DE GASES SECOS

O2 - (CO)/2 1) % Exceso de aire = * 100 0,266 N2 - (O2 - (CO)/2) 2) Masa de gases secos por kg de combustible 11 CO2 + 8 O2 + 7 ( N2 + CO) mg = * Cb (kg prod.secos/kg comb) 3( CO2 + CO ) Donde : Cb = kg de carbono en el combustible / kg combustible 3) CALOR PERDIDO POR GASES CALIENTES COMBUSTION Qg = mg * Cp,g ( tg ta) kcal / kg combustible tg = temperatura de los gases de combustin, C ta = temperatura del aire atmosfrico, C. Cp,g = calor especfico a p=cte de los productos = 0,26 kcal/kg C 4) CALOR PERDIDO POR COMBUSTION INCOMPLETA 5645 * CO * Cb Qci = kcal /kg combustible CO2 + CO

5) CALOR PERDIDO POR EVAPORACION AGUA FORMADA Y HUMEDAD DEL COMBUSTIBLE

Qagua = ( X + 9*H2 )* (hv hl ) kcal/kg combustible X = Humedad del combustible, en kg agua/ kg combustible H2 = Composicin gravimtrica del H2 en el combustible, en kg H2/kg combust. hv = Entalpa del vapor de agua a tg = 597,2 + 0,45* tg hl = Entalpa del agua lquida a ta hl = ta , en C.

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6) CALOR PERDIDO POR RADIACION, CONVECCION Y CONDUCCION POR

PAREDES DEL HORNO U HOGAR Se acostumbra a expresarlo como un porcentaje del poder calorfico superior sel combustible. Flucta entre un 1% y 10%, dependiendo de la capacidad calorfica, en kcal/h del equipo de transferencia de calor. Para una caldera se adjunta la figura N10. En genera,l para pequeas capacidades el porcentaje de prdidas es alto, ya que en las calderas ms grandes se aprovecha mejor la energa de los gases de combustin, como en economizadores, sobrecalentadores y precalentadores de aire. 7) CALOR DISPONIBLE O CALOR UTIL Corresponde al calor efectivamente aprovechable de la combustin, y resulta de restarle al poder calorfico superior todas las prdidas de calor. Por lo tanto: Qdisp. = PCS Qg - Qci - Qagua Qr kcal/kg combust. 8) EFICIENCIA DE UNA COMBUSTIN Representa la fraccin o porcentaje del Poder Calorfico del combustible que efectivamente se transform en Calor til o disponible o aprovechable. Por ejemplo para el caso de una caldera representa el calor que es traspasada al vapor de agua, para originar su cambio de fase. La eficiencia puede referirse al PCS o PCI del combustible. Si usamos el PCS, entonces en las prdidas de calor por evaporacin del agua, debemos considerar tanto para evaporar la humedad del combustible como para evaporar el agua formada por la combustin del hidrgeno del combustible. Qdisponible comb. = *100 ( referido al PCS) PCS 9) CALOR DISPONIBLE EN LA UNIDAD DE TIEMPO

disp comb disp.Q m *Q= kcal /h

Donde: combm = kg combustible /h

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