Combustión

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA- FACULTAD DE INGENIERIA- CURSO DE COMBUSTIÓN DEL GAS.
PROFESOR ANDRES AMELL ARRIETA- SEMESTRE 1 DEL 2011
TALLER: TIPOS, DIÁGNOSTICO Y OPTIMIZACIÓN DE LA COMBUSTIÓN.
FUENTE: Solución a un trabajo asignado en el curso de COMBUSTIÓN en el año 2009, trabajo realizado por los estudiantes: Jonh Giraldo, Juan González, Daniel Valencia Ricardo VÉLEZ.
Un horno de fusión decobre opera con gas natural de Guajira, un diagnostico para optimizar su operación encontró que su potencia térmica es PT, la temperatura con que salen los gases de combustión es Th, la temperatura de la pared del horno es TP, la relación de CO/CO2 en humos seco es RO. La sección transversal del horno es a x b y su longitud L en metros, la temperatura ambiente es 30ºC, encontrar:

1. Lacomposición de los humos seco.
2. La composición de los humos húmedo.
3. El tipo de combustión con que se opera el horno.
4. El factor de aireación.
5. La fracción de aire utilizado y no utilizado.
6. La eficiencia de combustión con base al PCi.
7. La eficiencia útil con base al PCi.
8. El consumo de gas natural en m3st / h.
Tabla 1. Valores conocidos
Datos | PT [kw] |TP | Th | R0 | K | VCO2 | VH2O | VN2 | Va | yN2 | yO2 | γCO2 |
Valor | 700 | 220 | 1000 | 0,6 | 2,52 | 0,995 | 1,975 | 7,47 | 9,44 | 1,29 | 0 | 3 |

PCSGuajira=39,40 Mjm3 , PCIGuajira=35,43Mjm3
Solución:
1. Se estimaron la composición de los humos secos; lo primero fue hallar la manera como se utilizó el aire (cuanto reacciona con el combustible y cuanto no reacciona) para caracterizarque tipo de combustión se está llevando a cabo, para lo anterior se cuento con las siguientes formulas:
n1=VH2O*kk+R0+2+R01+R0*VCO2-2yO20,42Va (1)
n1=1,975 m3*H2Om3*gas ×2,522,52+0,6+2+0,61+0,6(0,995m3*CO2m3*gas)-2(0)0,42(9,44m3*airem3*gas)
n1=0,81 (2)
Dado que n1<1 (fracción de aire utilizado) la combustión puede ser Reductora o Mixta.
Ahora se debe hallar n2:

VHM=CO2γCO2=9,365(3)
VHR=VCO2+VH20*R0K+R0+0,79n1Va+yN2=9,212 (4)
VHM=VHR+n2Va (5)
n2=VHM-VHRVa=0,016 (6)
A continuación se presentan las ecuaciones para el cálculo de cada uno de los términos de la anterior ecuación.
CO2=VCO21+R0=0,796 (7)
CO=VCO2*R01+R0=0,199 (8)
H2=VH2O*R0k+R0=0,178 (9)
N2=0,79n1+n2Va+yN2=8,159 (10)
O2=0,21n2*Va=0,032 (11)
VH=CO2+CO+H2+N2+O2=9,365 (12)Una vez calculados estos valores se procede a hallar los porcentajes de cada uno de los componentes respecto al volumen de humos secos.
%CO2=CO2VH=8,5 (13)
%CO=COVH=2,125 (14)
%H2=H2VH=1,903 (15)
%N2=N2VH=87,128 (16)
%O2=O2VH=0,343 (17)
2. Ahora se desea determinar el volumen de humos húmedos y su composición
VHH=VH+H2O (18)
H2O=VH2O*kk+R0=1,797 (19)
VHH=11,161 (20)Ahora se determinan de la misma forma que el punto anterior los porcentajes de cada componente de los humos húmedos.
%CO2=CO2VH=7,132 (21)
%CO=COVH=1,783 (22)
%H2=H2VH=1,597 (23)
%H20=H20VH16,098 (24)
%N2=N2VH=73,103 (25)
%O2=O2VH=0,288 (26)
3. Ya se puede determinar el tipo de combustión con la cual opera en horno, tenemos que:
n=n1+n2=0,905+0,016=0,921 (27)
Se puedeobservar de la anterior ecuación que horno opera con una mezcla rica con un factor de aireación de n=0,921 ; dado que n1<1 y n2>0, el tipo de combustión se denomina Mixta.
4. Retomando la ecuación 27 el factor de aireación es n=0,921
5. La fracción de aire utilizado (ecuación 2) es n1=0,905 y la de no utilizado (ecuación 6) es n2=0,016
6. La eficiencia de combustión se calculacon la siguiente fórmula:
ηComb=PT-QProdPT*100 (28)
Siendo Qprod:Perdidas en los productos de combustión
Qprod=LH2O+ΔH+LCO+L(H2) (29)
LH2O=γH2O100*VHH*0,55*φpci=30,11 kw (30)
Siendo LH2O: Calor latente de vaporización del agua
γH2O: Porcentaje de agua presente en los humos
φpci: Caudal de gas,
φpci=PTPCI=30000035,43x106=8,467x10-3 m3s=30,48m3h
Cpvi=1,4 kJ(m3)st℃...