Combustión

Combustible

Material que al quemarse genera energía

Combustiblrs de hidrocarburo son los derivados de

Hidrógeno Y Carbono

Ejemplos:

Gasolina como octano C8H18

Diesel como dodecano C12h26

Alcohol metílico o metanol CH3OH

Combustibles alternativos

Su contenido energético por unidad de Vol

Es menor que

La gasolina o el Diesel

Reacción química

Donde se oxida combustible y libera energía

Oxidante más usado en esta reacción es el aire seco

El aire seco está compuesto

por 20.9 % de oxígeno

78.1% de nitrógeno

0.9 % argón

pequeñas cantidades de dióxido de carbono, helio, neón e hidrógeno

Contiene aproximadamente 21 % de oxígeno - 79 % de nitrógeno en números molares.

Por consiguiente, cada mol de oxígeno que entra a una cámara de combustión será acompañado por 0.79/0.21 3.76 mol de nitrógeno

Nitrógeno

Ingresa en gran cantidad en
la cámara de combustión y a baja T°

Sale a T° altas y absorbiendo
energía química.

A T° muy elevadas el N2 reacciona con el O2
formando gases peligrosos

El O2 Puro

Se emplea como oxidante

En casos especiales

Corte

Soldadura

En el proceso de
Combustión

Hay dos componentes
importantes

Antes de la reacción: Reactivos

Después de la reacción: Productos

No solo debe ponerse en contacto
proporciones iguales combustible y oxígeno

Debe llevar alta su
Temperatura de ignición

Las mín. Aprox de varias sustancias del aire
atmosférico son de

Gasolina 260°C

Carbón 400°C

Hidrógeno 580°C

Monóxido de carbono 610°C

Para cuantificar estas
relaciones se emplea la AC

Relación aire-combustible

Se expresa en una
base de masa

Si todos los componentes del combustible se
queman en el proceso

La combustión es completa

Si los componentes no quemados o quedan residuos
de combustible

El proceso es incompleto

Entalpía

la cantidad de energía que el sistema absorbe
o libera en su entorno en procesos de presión constante

Existen diferentes tipos de energía como

Sensible y latente

Asociadas a cambio de estado

Química

Relativa a estructura molecular

Por consiguiente en la combustión

Se rompen enlaces químicos existentes

Y se forman nuevos en las
moléculas.

En este caso se debe tener siempre
el estado de referencia

Se conoce como: Estado de referencia estándar

Los valores se indican con el superíndice (°)

Como h° y u°

de la energía interna o entalpía de una
sustancia en ese estado

Ya que la composición final no es la
misma

Nuclear

vinculada a la estructura atómica

Entalpía de reacción (hR)

La diferencia entre

la entalpía de productos
en un estado específico

entalpía de los reactivos en el mismo
estado para una reacción completa

Entalpía de combustión (hC)

Representa el calor liberado en la
combustión de flujo estable

cuando el combustible se quema
por completo a una T° y presión
especifica.

Expresada así : hR= hC= Hprod - H react

Entapía de formación

Util para representar una sustancia en
un estado especificado debido a su composición química

Poderes Caloríficos

la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible.

La magnitud del poder calorífico puede
variar según como se mida.

Poder calorífico superior PCS

Es la cantidad total de calor desprendido
en la combustión completa de 1 Kg de combustible

cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado y se contabiliza

Poder caolorífico inferior PCI

Es la cantidad total de calor desprendido
en la combustión completa de 1 kg de combustible

Sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua de la combustión,

Combustibles alternativos

se estudio de forma experimental

el comportamiento de un motor diésel
en una planta de generación de energía eléctrica

empleando el biodiesel obtenido apartir de aceite del piñón (Jatropha curcas) en diferentes porcentajes

Las densidades obtenidas de las diferentes mezclas, se
incrementaron levemente respecto al diésel

Lo cual le brinda una buena propiedad de lubricidad.

El torque generado en el motor de combustión interna al producirse la potencia eléctrica, tuvo un comportamiento lineal

La opacidad generada por el motor de combustión interna de prueba.

Mostro una tendencia al incremento a medida que se incrementó la carga eléctrica

En cuanto al consumo horario de combustible se
obtuvo el mismo comportamiento.

Al incrementarse la potencia eléctrica,también
se incrementó el consumo del combustible

Las mezclas que usaron del 20% y 30% de
biodiesel produjeron mayor potencia eléctrica

Biodiesel: cobra importancia por su valor ecológico

El combustible alternativo a Diesel es
el biodiesel obtenido de

Vegetales oleaginosos

Grasas animales

restos de aceites comestibles

Tiene una gran ventaja

Reudcción de emeisiones
de Co2

Gracias al balance neutro de carbono
en la combustión

Temperatura de Flama Adiabatica

es la temperatura que resulta de un proceso de combustión completa que ocurre sin cualquier trabajo, transferencia de calor o cambios en cinética o energía potencial.

La temperatura de flama adiabática en proceso de combustión de de flujo estable se determina así

Q - W Hprod -Hreacc (1kJ>kmol combustible)

Establecer: Q=0
W=0

Produce: Hprod = Hreact

Una vez que se especifican los
reactivos y sus estados

Es fácil determinar la
entalpía de los reactivos Hreac

El cálculo de la entalpía
de los productos Hprodu no es directo

determinación de la temperatura de flama adiabática requiere el uso de una técnica iterativa.

a menos que se disponga de ecuaciones para los cambios de entalpía sensible de los productos de combustión

Su temperatura es más baja que el proceso a presión constante porque parte de la energía se utiliza para cambiar el volumen del sistema

Sistemas de flujo cerrado

La relación general de balance de energía para un sistema cerrado es Eentrada - Esalida = ∆Esistema

se expresa para un sistema cerrado químicamente reactivo
estacionario

Como: (Q ent -Q sal) + (W ent - W sal) = U prod - U react (kJ / kmol combustible)

Sistemas de flujo estable

Flujo continuo en donde sus propiedades y velocidad
permanecen constantes en el tiempo

La ecuación de continuidad en
flujo estable esta dada por:

w= AV/v

donde A= área de la sección

V= Velocidad media a través del área

v= vol especifico del flujo que avanza

Segunda Ley de sistemas reactivos

Ya evaluado el cambio de entropía total

La exergía destruida: X destruida asociada con
reacción química

Se determina: Xdestruida = T0 Sgen (KJ)

Donde T0 es la temperatura absoluta
de los alrededores

Primera Ley de
sistemas reactivos

Es el balance de energía

Aplicable a Sistemas

Reactivos

Los que son químicamente reactivos
implican cambios de energía

Por lo que es mejor reescribir
relaciones de balance y energía

Para sistemas

De Flujo estable

Cerrados

Se debe tener en consideración
cosas importantes

Por ejemplo el estado del
combustible.

líquido

sólido

De este estado depende la
entalpía de formaciónf

Depende de la fase de
combustible

gas

Saber si combustible y aire ingresan
a la cámara de combustión

Premezclados o separadamente

No reactivos