Práctica No. 3- Análisis de combustión y su impacto ambiental

Universidad Nacional Autónoma de México[pic 1][pic 2]

Facultad de ingeniería

Laboratorio de Máquinas Térmicas

Grupo - 20

Práctica No. 3- Análisis de combustión y su impacto ambiental

Profesor: Jorge Aguilar

Alumna: Valencia Mercado Damaris

México D.F., a 3 de septiembre del 2015

1. Objetivos

1. Introducir al alumno al estudio de las combustiones y los combustibles, y sus conceptos básicos.
2. Estudiar con mayor profundidad los conceptos de aire teórico, gasto másico, exceso de aire, gasto másico de gases secos, gasto másico de combustible y gasto másico de combustible no quemado.
3. Introducir al alumno en el balance térmico para gases de combustión.
4. Familiarizar al alumno con el manejo de equipos para el análisis de gases de combustión.

1. Introducción

• ¿Qué es la combustión?

Es una reacción química de oxidación, relativamente rápida, que consiste en la unión de una materia combustible con un comburente (normalmente oxigeno), con desprendimiento de calor o luz. Los grados de combustión varían ampliamente, desde la combustión lenta hasta la combustión muy rápida o detonación. Algunas de las condiciones de las cuales depende la combustión son el tiempo, temperatura, entre otros parámetros.

• Tipos

• Conceptos Básicos

Todas estas relaciones se utilizan para efectuar un balance másico completo de una reacción de combustión.

• Aire Teórico: Utilizamos esta medida para saber el aire teórico necesario para quemar un kilogramo de combustible de composición conocida. La relación es :
• Exceso de Aire: Normalmente no todas las moléculas del combustible entran en contacto con las moléculas del comburente u oxígeno. Por esta razón se requiere utilizar más combustible del establecido. Cuando no se tiene la cantidad suficiente de aire, se genera oxido de carbono, hidrogeno libre e hidrocarburos destilados. Cuando calculamos el exceso de aire el resultado lo utilizamos para saber cuál es el valor mínimo de exceso de aire que produce la combustión, ya que el exceso de aire disminuye la eficiencia del equipo. Debido a que el exceso de aire debe calentarse a expensas del calor de combustión, lo que baja la temperatura de flama y aumenta la masa de los gases de combustión, perdiéndose mas calor con los gases de escape
• Gasto Másico
• Gasto Másico de Gases Secos
• Gasto Másico de Combustible
• Gasto Másico de Combustible no Quemado.

• Consecuencias

Cuando hay un proceso de combustión se produce contaminación como consecuencia de la emisión de sustancias tóxicas. La contaminación del aire puede causar trastornos tales como ardor en los ojos y en la nariz, irritación y picazón de la garganta y problemas respiratorios. Bajo determinadas circunstancias, algunas substancias químicas que se hallan en el aire contaminado pueden producir cáncer, malformaciones congénitas, daños cerebrales y trastornos del sistema nervioso, así como lesiones pulmonares y de las vías respiratorias. A determinado nivel de concentración y después de cierto tiempo de exposición, ciertos contaminantes del aire son sumamente peligrosos y pueden causar serios trastornos e incluso la muerte. Las erupciones volcánicas son también un importante agente contaminante, aportando millones de partículas a la atmósfera.

Algunas de las sustancias que se originan después de la combustión y que son malas para la salud y el medio ambiente son:

• Monóxido de Carbono (CO): Es un gas inodoro e incoloro. Cuando se lo inhala, sus moléculas ingresan al torrente sanguíneo, donde inhiben la distribución del oxígeno. En bajas concentraciones produce mareos, jaqueca y fatiga, mientras que en concentraciones mayores puede ser fatal. El monóxido de carbono se produce como consecuencia de la combustión incompleta de combustibles a base de carbono, tales como la gasolina, el petróleo, leña, humo de cigarrillos.
• Dióxido de Carbono (CO2): Es el principal gas causante del efecto invernadero. Se origina a partir de la combustión de carbón, petróleo y gas natural. En estado líquido o sólido produce quemaduras, congelación de tejidos y ceguera. La inhalación es tóxica si se encuentra en altas concentraciones, pudiendo causar incremento del ritmo respiratorio, desvanecimiento e incluso la muerte.
• Clorofluorcarbonos (CFC): Se utilizan en sistemas de refrigeración y aire acondicionado. Siempre se dirigen a la estratosfera, allí, los CFC producen reacciones químicas que dan lugar a la reducción de la capa de ozono.
• Contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP): Son compuestos químicos que afectan la salud y el medio ambiente, pueden causar cáncer, malformaciones congénitas, trastornos del sistema nervioso y hasta la muerte.  Las emisiones de HAP provienen de fuentes tales como fábricas de productos químicos, productos para limpieza en seco, imprentas y vehículos (automóviles, camiones, autobuses y aviones).
• Plomo: Es un metal de alta toxicidad que ocasiona una diversidad de trastornos, especialmente en niños pequeños. Puede afectar el sistema nervioso y causar problemas digestivos. El plomo también ocasiona daños a la fauna y flora silvestres.
• Ozono (O3): Este gas es una variedad de oxígeno, el ozono es un contaminante de alta toxicidad que afecta la salud, el medio ambiente, los cultivos y una amplia diversidad de materiales naturales y sintéticos. El ozono produce irritación del tracto respiratorio, dolor en el pecho, tos persistente, incapacidad de respirar profundamente y un aumento de la propensión a contraer infecciones pulmonares.
• Oxido de nitrógeno (NOx): Proviene de la combustión de la gasolina. Es uno de las principales causas del smog y la lluvia ácida. La lluvia ácida afecta la vegetación y altera la composición química del agua de los lagos y ríos, haciéndola potencialmente inhabitable para las bacterias, excepto para aquellas que tienen tolerancia a los ácidos.
• Dióxido de azufre (SO2): Es un gas inodoro cuando se halla en bajas concentraciones, pero en alta concentración despide un olor muy fuerte. Se produce por la combustión de carbón. Es uno de los principales causantes del smog y la lluvia ácida.
• Compuestos orgánicos volátiles (VOC): Son substancias químicas orgánicas.   Los VOC incluyen la gasolina, compuestos industriales como el benceno, emanan de la combustión de gasolina, leña, carbón y gas natural, y de solventes, pinturas, colas y otros productos que se utilizan en el hogar o en la industria.

1. Instrumentación y equipo

Para esta práctica utilizamos:

• Un Firyte para CO2 (rojo)
• Un Firyte para O2 (azul)
• Un Cronometro
• Un Flexómetro
• Puerto de muestra de gases de combustión de la caldera CE-REY

1. Secuencia Experimental

Obtención de Porcentaje de Gases

1. Se conecta en el puerto de muestra de gases de combustión de la caldera CE-REY una sonda, la cual incluye una especie de bomba, que servirá para introducir los gases en la Firyte.
2. Se calibran las firyte, apretando una válvula chek que está en la parte superior y calibrando la regla, para que el líquido quede a la altura del cero.
3. Una vez calibrado el equipo, se hacen cinco bombeos, aun sin conectar la sonda a la válvula chek.
4. Se conecta la sonda a la válvula chek, apretando la misma durante todo el proceso 5.
5. Se hacen veinte bombeos más, en el bombeo veinte se mantiene apretada la bomba.
6. Se quita la sonda de la válvula.
7. Se gira el Firyte lentamente hasta que el líquido llene el otro extremo.
8. Se gira nuevamente.
9. Se obtiene la medida del nuevo nivel del líquido, esta medida será nuestro porcentaje.

1. Datos y lecturas

Se obtuvieron las siguientes

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1. Memoria de Calculo

• Aire Teórico

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• Exceso de Aire

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• Gasto másico de aire

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Donde

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• Gasto másico de gases secos

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• Gasto másico de combustible

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• Gasto másico de combustible no quemado

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1. Resultados

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• Tabla de hidrocarburos

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