PRACTICA 04 COMBUSTION, Ejercicios de Máquinas Térmicas

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1. Combustibles, combustión y su clasificación

• Combustibles: Son sustancias capaces de liberar energía en forma de calor mediante una reacción química (combustión). Se clasifican en:
• Sólidos: Carbón, madera, biomasa.
• Líquidos: Gasolina, diésel, queroseno.
• Gaseosos: Gas natural, GLP (gas licuado de petróleo), hidrógeno.
• Combustión: Es la reacción química entre un combustible y un comburente (normalmente oxígeno) que produce calor, luz y gases como CO₂ y H₂O.
• Tipos de combustión:
• Completa: El combustible se oxida totalmente, generando CO₂ y H₂O.
• Incompleta: Se produce monóxido de carbono (CO) y otros subproductos debido a la falta de oxígeno.

2. Poder calorífico alto y bajo, y calorímetros para su medición

• Poder calorífico (PC): Es la cantidad de energía liberada por la combustión completa de una unidad de masa o volumen de combustible. Se mide en kJ/kg o kJ/m³.
• Poder calorífico superior (PCS): Incluye el calor liberado al condensarse el vapor de agua generado.
• Poder calorífico inferior (PCI): No incluye el calor de condensación del agua.
• Calorímetros: Instrumentos utilizados para medir el poder calorífico, como:
• Calorímetro de bomba: Para combustibles sólidos y líquidos.
• Calorímetro Junkers: Para combustibles gaseosos.

3. Temperatura de flama adiabática y factores que la afectan

• Temperatura de flama adiabática: Es la temperatura máxima alcanzable en la combustión si no hay pérdida de calor al entorno.
• Factores que la afectan:
• Composición del combustible.
• Relación aire/combustible.
• Condiciones iniciales del combustible y del aire (temperatura y presión).
• Presencia de productos de combustión residuales.

4. Entalpía de formación y su relación con el poder calorífico

• Entalpía de formación (ΔHf): Es la energía liberada o absorbida cuando se forma un compuesto a partir de sus elementos en su estado estándar.
• Relación con el poder calorífico:
• El poder calorífico se calcula a partir de la diferencia entre la entalpía de formación de los productos y los reactivos en la reacción de combustión.
• Combustibles con entalpías de formación más negativas liberan más energía al quemarse.

5. Normas que restringen las emisiones a la atmósfera Existen normas que regulan la emisión de gases contaminantes para proteger el medio ambiente. Algunas importantes son:

• Normas ISO (Internacionales).
• EPA (Environmental Protection Agency) en EE.UU.
• Normas europeas (Euro 6, etc.) para emisiones vehiculares.
• NOM (Normas Oficiales Mexicanas) en México. Estas normas establecen límites para gases como CO, CO₂, NOx, SOx y material particulado.

6. Formación de NOx y SOx

• NOx (óxidos de nitrógeno): Se forman a altas temperaturas cuando el nitrógeno del aire reacciona con el oxígeno. Factores que incrementan su formación incluyen altas temperaturas de combustión y exceso de aire.
• SOx (óxidos de azufre): Se generan cuando los combustibles con contenido de azufre (como el carbón y algunos petróleos) se queman.

7. Analizadores de gases (Orsat, Bacharach)

• Analizador de Orsat: Dispositivo utilizado para medir la concentración de CO₂, O₂ y CO en gases de combustión. Se basa en la absorción química de estos gases en soluciones específicas.
• Analizador de Bacharach: Diseñado para medir la eficiencia de la combustión, detectando gases como CO₂, O₂, y otros contaminantes en chimeneas o sistemas de escape.