INSTITUTO TECNOLOGICO DE TAPACHULA

RESUMEN UNIDAD 1

MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS

M.C. LUIS ALONSO CITALAN TRONCOSO

ING. ELECTROMECANICA

6SEMESTRE GRUPO B

5 DE JUNIO DEL 2013

UNIDAD 1. COMBUSTIBLE Y COMBUSTION1.1 COMBUSTIBLECualquier material capaz de liberar energa cuando se excita de forma violenta en forma e calor poco a poco

Entre los combustibles slidos se incluyen elcarbn, la madera y la turba. El carbn se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover mquinas a vapor o directamente para producir calor utilizable en usos trmicos (calefaccin). La turba y la madera se utilizan principalmentepara la calefaccin domstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generacin de energa y las locomotoras o los barcos que utilizaban madera como combustible fueron comunes en el pasado.

Entre los combustibles fluidos, se encuentran loslquidos como el gasleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y los gaseosos, como el gas natural o los gases licuados de petrleo (GLP), representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gasleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustin interna. El combustible se utiliza en autos lo que contamina grandes ciudades y tambin el medio ambiente.

Se llaman tambin combustibles a las sustancias empleadas para producir la reaccin nuclear en el proceso de fisin, aunque este proceso no es propiamente una combustin.Tampoco es propiamente un combustible el hidrgeno, cuando se utiliza para proporcionar energa (y en grandes cantidades) en el proceso de fusin nuclear, en el que se funden atmicamente dos tomos de hidrgeno para convertirse en uno de helio, con gran liberacin de energa. Este medio de obtener energa no ha sido dominado en su totalidad por el hombre (salvo en su forma ms violenta: la bomba nuclear de hidrgeno, conocida tambin como Bomba H) pero en el universo es comn,especficamente como fuente de energa de las estrellas.

1.2 PROCESOS DE COMBUSTION TEORICOS Y REALESDe acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustin, estas pueden ser de distintos tipos :a) Combustin completa: ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta elmximo grado posible de oxidacin. En este caso no habr presencia de sustanciascombustibles en los productos o humos de la reaccin.

b) Combustin incompleta: se produce cuando no se alcanza el gradomximo deoxidacin y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de lareaccin.

c) Combustin estequiomtrica o terica: Es la combustin que se lleva a cabo con lacantidad mnima de aire para que no existan sustanciascombustibles en los gases dereaccin. En este tipo de combustin no hay presencia de oxigeno en los humos, debidoa que este se ha empleado ntegramente en la reaccin.

d) Combustin con exceso de aire: Es la reaccin que se produce con una cantidad de aire superior al mnimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustin tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reaccin. En este tipo de combustin es tpica la presencia de oxigeno en los gases de combustin. La raznpor la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso

1.3ENTALPIA DE FORMACION Y COMBUSTION

Laentalpa de formacin(fH0) de un compuesto qumico es la variacin de entalpa dela reaccin de formacin de dicho compuesto a partir de las especies elementales que lo componen, en su forma ms abundante. Por ejemplo, la entalpa de formacin del agua, formada por hidrgeno y oxgeno, sera equivalente a la entalpa de reaccin de hidrgeno diatmico y oxgeno diatmico.As, la entalpa de formacin de un compuesto es la energa necesaria para formar un mol de dicho compuesto a partir sus elementos, medida, normalmente, en unas condiciones de referencia estndar, 1 atm de presin y una temperatura de 298 K (25C).Esta entalpa es negativa cuando se trata de una reaccin exotrmica, que desprende calor, mientras que es positiva cuando es endotrmica, y resulta nula para los compuestos que se pueden encontrar en la naturaleza.

1.4 PODERES CALORIFICOS INFERIOR Y SUPERIORElpoder calorficoes la cantidad de energa que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reaccin qumica de oxidacin (quedan excluidas las reacciones nucleares, no qumicas, de fisin o fusin nuclear, ya que para ello se usa la frmula E=mc).El poder calorfico expresa la energa mxima que puede liberar la unin qumica entre un combustible y el comburente y es igual a la energa que mantena unidos los tomos en las molculas de combustible (energa de enlace), menos la energa utilizada en la formacin de nuevas molculas en las materias (generalmente gases) formadas en la combustin. La magnitud del poder calorfico puede variar segn como se mida. Segn la forma de medir se utiliza la expresin poder calorfico superior (abreviadamente, PCS) y poder calorfico inferior (abreviadamente, PCI).La mayora de los combustibles usuales son compuestos de carbono e hidrgeno, que al arder se combinan con el oxgeno formando dixido de carbono (CO2) y agua (H2O) respectivamente. Cuando se investig cientficamente el proceso de la combustin, se consider que para el buen funcionamiento de las calderas donde se produca, era necesario que los gases quemados salieran por el conducto de humos a unacierta temperatura mnima para generar el tiro trmico necesario para un buen funcionamiento. Esta temperatura est por encima de los 100 C, por lo que el agua producida no se condensa, y se pierde el calor latente ocalor de cambio de estado, que para elagua es de 2261 kilojulios (540 kilocaloras) por kilogramo de agua, por lo que hubo necesidad de definir el poder calorfico inferior, para que las calderas tuvieran, aparentemente, unos rendimientos ms alentadores.Por ello, se us la denominacinpoder calorfico superiorpara el calor verdaderamente producido en la reaccin de combustin ypoder calorfico inferiorpara el calor realmente aprovechable, el producido sin aprovechar la energa de la condensacin del agua y otros procesos de pequea importancia.La mayor parte de las calderas y los motores suelen expulsar el agua formada en forma de vapor, pero actualmente existen calderas de condensacin que aprovechan el calor de condensacin, con rendimientos mucho ms altos que las tradicionales, superiores al 100% del PCI, pero, por supuesto, siempre inferiores al 100% del PCS. Sin embargo, para condensar el vapor, no pueden calentar el agua a ms de a unos 70 C, lo que limita sus usos y adems, solamente pueden usarse con combustibles totalmente libres de azufre (como la mayora de los gases combustibles), para evitar condensaciones cidas; por falta de temperatura suficiente y, por lo tanto, por falta de tiro trmico, en estas calderas la evacuacin de los gases debe hacerse por medio de un ventilador.

1.5 ANALISIS DE LA PRIMERA LEY DE SISTEMAS REACTIVOSUn anlisis segn la primera ley para procesos sin flujo requiere un conocimiento de la energa interna, mientras que para proceso con flujo se usa la entalpia de la sustancia que intervienen. Lasmayoras de las reacciones de combustin de inters en ingeniera ocurren en procesos que tienen lugar a presin constante. En los procesos con flujo y en los procesos sin flujo a presin constante, la propiedad ms interesante es la entalpia de las sustancias qumicas. Lossistemas reactivos, a diferencia de los puramente transformacionales, mantienen una continua interaccin con su entorno, respondiendo ante los estmulos externos en funcin de su estado interno. Esto causa que su comportamiento seacomplejode analizar y muy sujeto a errores. Muchos de estos errores pueden causar problemas de seguridad, por lo que a menudo los sistemas reactivos son tambin sistemas crticos.

Entre los formalismos utilizados para especificacin de sistemas en tiempo realy sistemas reactivos destacan los mtodos estructurados. Son mtodos operacionales que tienen amplia difusin en la industria por ser grficos, fciles de aprender, de utilizar y de revisar. Sin embargo, al no ser mtodos formales, no existe, en general la posibilidad de analizar propiedades tan importantes como pueden ser las de seguridad. En ello se utiliza las formula de combustin en el sistemas de reactivos Sistema de flujo cerrado, el cual tambin puede sersistema aislado. Sistema cerrado:es aquelen el que solamente la energa en forma de trabajo o calor puede cruzar la frontera del mismo. En un sistema cerrado no se permite que la masa fluya a travs de las fronteras del sistema. A este sistema tambin se le conoce comomasa de control.
Una ecuacin integral de balance de energa puede desarrollarse para un sistema cerrado entre dos instantes de tiempo.energa final del sistema energa inicial del sistema = energa neta transferida1.6 SISTEMAS DE FLUJO ESTABLE Y FLUJO CERRADOLa 1 Ley de la Termodinmica: se basa en el principio de la conservacin de la energa.El flujo estable es definido como un flujo contnuo en que las propiedades y la velocidad del fluido en cualquier punto del canal de flujo permanecen constantes en el tiempo.Son los sistemas que no presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, pues son hermticos a cualquier influencia ambiental. As, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente. b) Sistemas abiertos: son los sistemas que presentan relaciones de intercambio con el ambiente, a travs de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energa regularmente con el medio ambiente1.7 TEMPERATURA DE FLAMA ADIABATICADepende deel estado de los reactivos, grado al que se completa la reaccin, cantidad de aire utilizado.La temperatura alcanzada cuando se quema un combustible en aire u oxgeno sin ganancia o prdida de calor se denomina temperatura terica de la llama. Se considera el supuesto de que no se realiza ningn trabajo mecnico y que los nicos trminos de energa que intervienen son la energa interna y el trabajo de flujo. Las mismas limitaciones estn comprendidas en el clculo de temperatura de llama u otras reacciones por estos mtodos. Debe conocerse la composicin verdadera de los productos, incluida la presencia de reactivos que han reaccionado, radicales libres y tomos libres, y el mtodo no se puede aplicar a la primera fraccin de segundo requerida para alcanzar los valores de equilibrio de las capacidades calorficas. La mxima temperatura adiabtica de llama se alcanza cuando se quema el combustible con la cantidad tericamente necesaria de oxgeno puro

1.8 ANALISIS DE LA SEGUNDA LEY DE SISTEMAS REACTIVOS

Sequema metano gaseoso, inicialmente a 400K, con un 50 por 100 de exceso de aire,que entra a 500K en la cmara de combustin. La reaccin, que transcurre a 1 atm, es completay la temperatura de los gases producto es igual a 1.800K. Determnese el calor transferido haciao desde la cmara de combustin, en kJ/Kmol de combustible.

Solucin:Datos:Metano gaseoso reacciona con aire en la cmara de combustin mostrada en la figura

1.9 INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES ATMOSFERICASEn condiciones atmosfricas normales la eficiencia de combustin depende de la calidad del diseo de los quemadores y los reactores de combustin, su adecuacin a las caractersticas de las operaciones y procesos para los cuales se libera el calor y la calidad de operacin de lossistemas en todo su conjunto.1.10 ANALISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIONEl objeto de la realizacin del anlisis de los productos de la combustin es controlar los siguientes parmetros:Monxido de carbono no diluido en los productos de lacombustin (CO no diluido en los PdC). El nivel de riesgo del CO en los PdC es mayor en los aparatos de tipo abierto (tipo B), que en los aparatos de tipo estanco (tipo C)Resto de parmetros de la combustin (CO2, O2, exceso de aire, etc)

1.11 NORMAS DECONTROL DE CONTAMINACION AMBIENTALNormas Oficiales Mexicanas en materia ambiental NOM-O2O-SSA1-1993NOM-022-SSA1-2010NOM-034-SEMARNAT-1993NOM-035-SEMARNAT-1993NOM-036-SEMARNAT-1993