COMBUSTIONInstituto de Educacin Tcnica y Formacin Profesional 13 de Julio

Asignatura: Generacin II Ao 2011Profesor: Ing. Mario M. Flores

Tema: Combustin

1. Reacciones de combustin El objeto de la combustin en hogares, es el de proporcionar una produccin de calor uniforme y regulada para se transmitida a un medio que la absorba. Una de las cuestiones ms importantes es la de suministrar una cantidad exacta de oxgeno por unidad de peso de combustible para que se realice la combustin completa. Adems de la exactitud correcta de la mezcla aire-combustible, se debe dar el tiempo suficiente para que la mezcla sea ntima y para que el combustible arda completamente; la temperatura del hogar debe ser tal que mantenga la combustin.La combustin, tal como se realiza en el hogar, es una reaccin entre las ms lentas y rpidas conocidas.

El lmite inferior es cuando el calor desarrollado en una reaccin de combustin se genera tan lentamente que no produce una elevacin apreciable de temperatura en un corto tiempo.

El superior es el caso de un explosivo de alta potencia, a cuya explosin sigue una instnea elevacin de temperatura y presin, acompaada de una detonacin. Los hogares ordinarios no tienen una combustin tan rpida como los de combustible pulverizado, en los que se verifica una mezcla ms ntima entre el aire y el combustible.La mejor manera de estudiar la combustin en un hogar consiste en relacionarla directamente con el anlisis del combustible usado y con ayuda de ciertas ecuaciones qumicas sencillas.

Utilizando los pesos atmicos enteros de lo diversos elementos obtenemos, para Hidrocarburos corrientes:

Metano = CH4Etano = C2H6Propano = C3H8Butano = C4H10Reacciones de Combustin

C + O2 CO2

H2 + 1/2O2 H2O

S + O2 SO2

CH2 + 2O2 CO2 + 2H2O

2C2H4 + 7O2 4CO2 + 6H2O

C3H6 + 5O2 3CO2 + 3H2O

2C4H10 + 13O2 8CO2 + 10H2O

Pesos Moleculares

C = 12 O2 = 32 H2 = 2

N2 = 28 S = 32

Para las reacciones de combustin que incluyen carbn, petrleo o gas natural las ecuaciones precedentes son suficientes para el clculo de la cantidad necesaria de aire y de los productos de combustin gaseosos formados.2 - Clculo de combustin de un carbn

Supongamos que se trata de determinar y relacionar las siguientes relaciones para la combustin de carbn de hulla.

1- Peso de aire a suministrar para la combustin terica perfecta

2- Peso de los humos formados por kilogramo de carbn quemado en perfectas condiciones tericas.

3- Metros cbicos de gas a la salida del hogar (315C) por kilogramo de combustible quemado en ptimas condiciones tericas.

4- Porcentaje del CO2 en los humos, suponiendo el combustible seco y suponindolo hmedo.

5- Variacin al utilizar 20% de exceso de aire.

Anlisis qumico de carbn

C = 0,8339 N2 = 0,0103

O2 = 0,0505

H2 = 0,0456

S = 0,0064

Ceniza = 0,0533 Total = 1,0000 Kg

2.1 - Reacciones de la combustinDistinguimos tres reacciones, ya que el Nitrgeno y la ceniza son inertes y no intervienen en ellas.

Anlisis Reaccin Pesos moleculares Oxgeno externo necesario C = 0,8339 C + O2 CO2 12+32=44 32/12 x 0,8339 = 2,2237H2 = 0,0456 H2 +1/2O2 H2O 2+16=18 16/2 x 0,0456 = 0,3648O2 = 0,0505 disminuye cantidad - 0,0505 O exterior necesaria N2 = 0,0103 Inerte

S = 0,0064 S + O2 SO2 32+32=64 32/32 x 0,0064 = 0,0064Ceniza = 0,0533 1,0000 Kg de Oxgeno por Kg de combustible = 2,544 KgDebe observarse que del oxgeno total necesario para la combustin, se tienen 0,0505 Kg suministrados por el mismo combustible, que se une al Hidrgeno para formar agua, y que nos rebajara el total para este fin:

0,3648 0,0505 = 03143 Kg por Kg de carbn.

El aire es una mezcla de varios gases, pero principalmente de oxgeno y nitrgeno, a razn de

23,2 % de Oxgeno

76,8 % de Nitrgeno

El nitrgeno asociado con el oxgeno del aire 0,768/0,232 x 2,544 Kg = 8,4219 Kg

El oxgeno necesario en la combustin de 1 Kg de combustible = 2,5444 Kg

2.2 Productos de la combustin

Los productos de la combustin se pueden obtener ahora, por adicin directa, de la manera siguiente:Componentes del combustible + Oxgeno Productos de combustin C = 0,8339 2,2237 CO2 3,0576 Kg

H2 = 0,0456 0,3648 H2O 0.4104 Kg

O2 = 0,0505 N2 = 0,0103 Inerte N2 0,0103 Kg

S = 0,0064 0,0064 SO2 0,0128 Kg

Nitrgeno del exterior N2 8,4219 Kg

2.3 Transformacin de valores ponderales de los productos de la combustin en volumtricosLey de Avogadro:

Un mol (n de gramos igual al peso molecular) de cualquier gas ocupa a 0 C y 760 mm de Hg un volumen de 22,4 litros.Si el coeficiente de dilatacin de los gases perfectos es = 1/273, para la temperatura de salida de los gases de combustin de 315C, tendremos

Volumen [ litros] = Masa ponderada [gr] x 22,4 litros ( 1 + 315/273) Peso Molecular [gr]

Productos Masa Peso Mol Volumen a 315 C LitrosCO2 3,0576 Kg 44 3057,6 x 22,4 ( 1 + 315/273) = 3350

44

H2O 0.4104 Kg 18 410,4 x 22,4 ( 1 + 315/273) = 1100 18N2 total 8,4219 Kg 28 8421,9 x 22,4 ( 1 + 315/273) = 14500 28

SO2 0,0128 Kg 64 12,8 x 22,4 ( 1 + 315/273) = 10 64

2.4.1 Porcentaje de CO2 en el humo con Humedad

Volumen de CO2 x 100 = 3350 x 100 = 17,7 %Volumen de Humo 189602.4.2 Porcentaje de CO2 en el humo Seco

Volumen de CO2 x 100 = 3350 x 100 = 18,7 %Volumen de Humo sin agua 18960 - 11002.5 Anlisis con exceso de 20% de aire

Si consideramos el caso de la combustin con un 20 % de exceso de aire sobre el terico, tendremos:Aire Terico --------------------------------------- = 10,9663 KgExceso de aire ----------------- 0,20 x 10,9663 = 2,19326 Kg Total de aire --------------------------------------- = 3,15956 Kg

El exceso de aire, que no interviene en las reacciones de combustin, aumenta el peso de los humos en su propio peso, luego

Total de humo con 20 % de exceso de aire masa del humo + masa de aire en exceso.

Siendo 1,293 Kg/m3 el peso especfico del aire, los 2,19326 Kg de aire en exceso ocuparn a 315 C , un volumen de 2,19326 x ( 1 + 315/273) = 3, 64 m3 1,293El Volumen total de los humos a 315 C con 20 % de exceso de aire 18960 + 3640 = 22600 litros

2.5.1 Porcentaje de CO2 en el humo con Humedad

Volumen de CO2 x 100 = 3350 x 100 = 14,7 %Volumen de Humo 226002.5.2 Porcentaje de CO2 en el humo Seco

Volumen de CO2 x 100 = 3350 x 100 = 15,6 %Volumen de Humo sin agua 22600 - 11003. BibliografaGafffert G. A. Centrales de Vapor. Reverte Kg de aire por Kg de combustible p/combustin perfecta terica = 10,9663 Kg

Peso de humos generados por Kg de carbn quemado en condiciones 11,9130 Kg

tericas.

Litros de humo a 315 C por Kg de Carbn 18960

11,9130 Kg humo + 2,19326 Kg aire en exceso = 14,10626 Kg de humo por Kg de carbn

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