Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión”F.I.Q.MyA- E.A.P. Ingeniería Metalúrgica

CARBONO FIJO Y PODER CALORÍFICO

1. OBJETIVO

Determinar mediante un proceso metalúrgico la cantidad de carbono útil existente en un combustible sólido y calcular por fórmulas teóricas el poder calorífico.

2. PERSONAL.

Profesor. Grupo de 4 alumnos.

3. EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL (E.P.P).

Respirador para gases. Lentes contra impacto. Guantes de jebe.

Guantes de cuero. Mameluco. Botas de jebe.

4. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS.

Horno secador, Horno horizontal, Pinzas, Navecillas, Insufladores, flujómetro, Balanza de precisión, vidrio reloj, carbón vegetal, gas nitrógeno.

5. FUNDAMENTO TEÓRICO.

El carbón, debido a los diversos grados de cambios metamórficos, se conoce como una mezcla compleja de sustancias vegetales y sus estudios se la realizan de acuerdo al carbono fijo y el poder calorífico.

5.1. Carbono fijo.El contenido de carbono fijo de cualquier carbón se debe interpretar como un índice de su valor como combustible

y reductor, porque el calor generado y la capacidad de reducir la proporciona la cantidad de carbono fijo.Un carbón común contiene, además del carbono fijo, sustancias perjudiciales que tienen que ser eliminadas y

estas son; la humedad, materias volátiles, cenizas, etc.La relación que utilizaremos para determinar el carbono fijo será:

%CF = 100 − %H2O − %MV − %CZ (1.1)Dónde:

%H2O: es el porcentaje de humedad.%MV: es el porcentaje de volátiles.%CZ: es el porcentaje de cenizas.

a) Humedad: La humedad se determinará por el secado de la muestra a 100°C aproximadamente, según la relación:

%H2O =(Wi−WfWi )x 100 (1.2)

Dónde: Wi: es el peso inicial de la muestra. Wf: es el post secadob) Volátiles: Se determina por el sometimiento de una muestra en un ambiente inerte a 800°C, mediante la siguiente

relación:

%MV=(Wi−WfWi ) x100 (1.3)

Dónde: Wi: es el peso inicial de la muestra. Wf: es el post volatilizaciónc) c) Cenizas: Se determina por combustión completa del combustible sólido en un ambiente normal a una

temperatura de 850°C mediante la siguiente relación:

%Cz =(Wi−WfWi ) x100 (1.4)

Dónde: Wi: es el peso inicial de la muestra. Wf: es el post combustión.

5.2. Poder calorífico.

Poder calorífico se denomina a la cantidad de calor generado por la combustión completa de una unidad de combustible y la medición se la realiza por dos métodos los cuales son:

a) Directamente, midiendo el calor liberado por la combustión calorimétrica de un peso conocido de combustible sólido.

b) Teóricamente, si se conoce la composición aproximada del combustible el poder calorífico se lo puede determinar utilizando algunas fórmulas empíricas tales como:Fórmula de Dulong [1] en función de las composiciones:

PC=8100C+34000(H−08 )+2200S−586 (9H+H2O ) ..( KcalKg ) (1.5)

Fórmula de Dulong en función del porcentaje de carbono fijo:

Ing. ABARCA RODRIGUEZ, Joaquín José

Metalurgia Extractiva I - Ciclo VII

Semestre: 2013-I 1 - 2

Universidad Nacional “José Faustino Sánchez Carrión”F.I.Q.MyA- E.A.P. Ingeniería Metalúrgica

PC=8100(%CF100 )+5632(%MV

100 )−586(%H 2O100 ). .( KcalKg ) (1.6)

5.3. Parte experimental.5.3.1. Procedimiento.

a) Humedad: Pesar 40 g. de carbón vegetal, reducir de tamaño a −20# (mallas Tyler), de estos 40 g. reducidos, pesar 2 muestras de 10 g. cada una, colocar las muestras sobre un vidrio reloj, luego introducir al horno secador el cual debe encontrarse a una temperatura de 100°C aproximadamente, durante 2 h. luego sacar las muestras y pesar.

b) Volátiles: Del proceso de secado se obtienen productos que se denominan carbón anhidro, de estas dos muestras pesar a 1 g. colocar en navecillas e introducir al horno horizontal a 700°C en un ambiente inerte (usar gas nitrógeno) durante 7 minutos, luego sacar las muestras y pesar.

c) Cenizas: De los producto de secado, pesar 1 g de cada una, colocar en navecillas e introducir al horno horizontal a 850°C en un ambiente normal por el tiempo de 10 minutos, luego sacar y pesar.

5.4. Datos adquiridos.Presente los datos de laboratorio en este subtítulo.

5.5. Cálculos y resultados.Calcular el caudal de nitrógeno que se necesita para las pruebas, para ello considera las dimensiones del tubo de alúmina.Calcular la cantidad de aire teórico seco requerido para combustionar las muestras, proporcionando el 60% de exceso al teórico requerido.• Calcular la cantidad de aire húmedo si el aire tiene 1,5% de vapor de agua.• Calcular el porcentaje de carbón fijo mediante las fórmulas indicadas.• Calcular el poder calorífico mediante las fórmulas teóricas dadas.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.7. CUESTIONARIO.

1. Explique. Qué es un carbón vegetal?.2. Qué es ceniza?3. Qué es carbón incombustible?4. Qué es carbón mineral?5. Cuáles son los productos de una combustión

completa?

6. Cuáles son los elementos principales de un carbón?7. Qué es un coque?8. A qué se denomina carbono fijo?9. Describa el método estándar para determinar el carbono fijo10. Si se da una composición de un carbón.

Tabla N°1: Composición de carbón aproximada%C %H %O %N %S %H2O % CZ

79.00 6.90 6.60 1.40 0.90 1.80 3.30a) Determinar los m3 de aire seco para combustionar un kilogramo de carbón.b) Determinar el poder calorífico.

8. BIBLIOGRAFIA.

- Álvarez, M. (2008). Ingeniería básica y de detalles tostador planta de molibdeno: Antofagasta.- Barreira Moreno, V. M. (2007). Estudio hidrodinámico de un lecho fluidizado. Universidad Carlos III de Madrid:

Madrid.- Bellaster, A.; Felipe Verdeja, L.; Sancho, J. (s/f). Metalurgia extractiva [Vol I]. Síntesis: Madrid. - Gálvez A, E. (2003). Pirometalurgia I. Universidad Católica del Norte: Antofagasta.- Habashi, F. (1997).Hanbdook of extractive metallurgy [Vol. I]. Wiley-Vch: Toronto. - Joffre, J (1978). Termodinámica Metalúrgica [2da Ed.]. Departamento de Publicaciones Oruro: Oruro.- Kumar Gupta, C. (2003). Chemical Metallurgy. Wiley-Vch: Mumbai. - Restrepo Baena, O. J.; Bustamante Rúa, M. O.; Gaviria Cartagena, A. C. (2008). Pirometalurgia. Universidad

Nacional de Colombia: Medellín.- Rosenqvist,T (1987). Fundamentos de Metalurgia Extractiva. Limusa S.A: México.- Sánchez, M.; Imris, I. (2002). Pirometalurgia del cobre y comportamiento de sistema fundidos.Universidad de

Concepción: Concepción.- Urday, E. (1986). Evaluación de procesos metalúrgicos. Ciencias S.R.L: Lima.

Ing. ABARCA RODRIGUEZ, Joaquín José

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