Ingeniería Energética General
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Calculadores energéticos y artículos sobre el uso de la energía, su eficiencia e impacto sobre el medio ambente. Aplicaciones prácticas
Biblioteca - ISSN 2326-6880
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Cálculo de los humos o productos de la combustión generados.
Sistema _Vapor de Agua
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  • Cálculo de los humos o productos de la combustión generados.
    Agradeceremos nos haga llegar su opinión sobre el uso de este procesador y si le ha sido útil su contenido

    Objetivos.


    Cálculo del volumen de humos generados.
    Formulario registro de los datos
    Resultados del proceso de validación
    Panel que muestra el resultado del procesador

    ¿Sobre qué trata la información que se presenta en esta página?

    Como calcular el volumen de humos generados en la combustión ( o gases), partiendo de la composición química del combustible, conocido la humedad absoluta y el aire en exceso con el que se realiza el proceso de la combustión. Para ejecutar esta tarea se ha programado el Calculador_Energético titulado Cálculo de los productos de la combustión o humos generados.

    En la página anterior (link al final de esta página) se explicaron las expresiones de cálculo empleadas y las bases utilizadas para determinar el Aire primario y los Productos (Humos) de la Combustión.

    El procesador posibilita calcular los humos o productos de la combustión de un componente individual, si se introduce el 100 % de la concentración en el Formulario de entrada. Este servicio puede realizarse para todos los combustibles, independiente del estado físico, debido a que las expresiones se deducen teóricamente de las reacciones químicas que ocurren durante el proceso de combustión y están en función de la concentración de los compuestos que forman parte de la composición del combustible primario. En el Panel de Salida del procesador se incorporan las variables calculadas en los dos procesadores anteriores

    ¿Qué importancia tiene determinar el volumen de los humos en los procesos de combustión?

    Conocido el volumen de humos, la composición química de los mismos y la temperatura de emisión a la atmósfera se calcularán las pérdidas de energía que se escapan por el concepto de productos de la combustión. Si también relacionamos el CO2 generado por las reacciones de combustión con la unidad de combustible quemado, estaremos calculando la relación cantidad de CO2 que se emite a la atmósfera como gas efecto invernadero por cada unidad del combustible quemado.

    El CO2 formado en el proceso de la combustión. Para refrescar conocimientos seguidamente se muestran las reacciones de combustión que ocurren y la cantidad de CO2 estequiométrico formado, en moles, al transcurrir las reacciones.
    Cantidad de CO2 formado partiendo de la composición química del combustible y considerando una combustión completa.
    Componentes químicos en el combustible, fracción en peso Reacción de combustión Cantidad de CO2 estequiométrico formado, en moles. (1)
    C, % en peso C + O2 -- > CO2 3.67*$C
    CO, % vol CO + O --> CO2 1*$CO
    CH4, % vol CH4 + (2)O2 --> CO2 + 2H2O 1*$CH4
    C2H6, % vol C2H6 + (7/2)O2 --> 2CO2 2*$C2H6
    C3H8, % vol C3H8 + (5)O2 --> 3CO2 + 4H2O 3*$C3H8
    C4H10, % vol C4H10 + (13/2)O2 --> 4CO2 + 5H2O 4*$C4H10
    C5H12, % vol C5H12 + (8)O2 --> 5CO2 + 6H2O 5*$C5H12
    C2H4, % vol C2H4 + (3)O2 --> 2CO2 + 2H2O 2*$C24H4
    C2H2, % vol C2H2 + (5/2)O2 --> 2CO2 + H2O 2*$C2H2
    C6H6, % vol C6H6 + (15/2)O2 --> 6CO2 + 3H2O 6*$C2H2

    Para los combustibles sólidos y líquidos. Las cantidades de cada componente elemental que forma la muestra y que representan la composición química, se expresan en unidades de masa, en porciento en peso. Para los combustibles gaseosos, estas unidades se expresan en unidades de volumétricas, en porciento en volumen.

    Se relaciona la fracción en peso o volumen de cada componente químico presente en el combustible, con la cantidad de moles de CO2 (44 g por mol) estequiometrico que se produce en la reacción de combustión. Sumando los resultados, se calcula el total de CO2 generado, sea en peso o en volumen. El resultado se reporta en lb/lb de combustible o en N pie3/lb de combustible.

    1) $CO2emitido=3.67*$C1; //lb de CO2 / libra de combustible sól. o líq.
    2) $CO2emitidog= ($CO+$CH4+2*$C2H6+3.0*$C3H8+4*$C4H10+5*$C5H12+2*$C24H4 +2*$C2H2 + 6*$C6H6)/100; //pie3 de CO2 /mol de combustible gaseoso o 359 Npie3.

    Para convertir los volúmenes de CO2 en unidades de masa, lb, hay que tener en cuenta la densidad del CO2. A condiciones normales 1 kg-mol de CO2 ocupa 22.4 metros cúbicos a temperatura y presión normales (790.04 pie3) y pesa 44 kg (96.8 lb). La densidad del CO2 es entonces 44/22.4 = 1.96 kg/m3 (0.122 lb/ N pie3). Esta densidad puede ser reportada bajo diferentes condiciones de temperatura y presión. Por ejemplo, llevando la densidad desde condiciones normales ( 32ºF y 29.92 plg de Hg) a condiciones de 60 ºF y 30.00 plg de Hg, se corrige el dato anterior de la manera siguiente:

    0.12 lb/N pie3 (30/29.92) * (32 + 460)/(60 + 460) = 0.12 lb/pie3 *1.003*0.9462=0.114 lb/pie3.(@60 ºF y 30 "Hg)

    El volumen de CO2 que resulte, pie3 de CO2 /lb de combustible se puede multiplicar por la densidad @60 ºF y 30 "Hg que ya se ha calculado antes y se obtendrán las lb de CO2/lb de combustible.

    Y este procedimiento descrito, son los que se emplean y programan en el procesador para el cálculo de la cantidad de CO2 que se produce por la quema de los combustibles fósiles.

    Una vez que se calcula el volumen de humos generados y la cantidad de CO2 en lb por unidad de combustible, se puede proceder a calcular las pérdidas por calor emitido a la atmósfera en los productos de la combustión, para lo que se requerirá conocer la temperatura a la que los humos salen del hogar de combustión o en la base de la chimenea y el calor específico de la mezcla de gases presentes en los humos.

    Para realizar este procesamiento se ha diseñado un calculador, que se compone de varios bloques que interactúan entre sí:
    a) Bloque de código que dan origen al Formulario de Registro
    b) Bloque de código para validar los registros primarios
    c) Códigos que dan origen al Panel de resultados
    d) Bloque del procesador

    Cálculo del volumen de productos de la combustión generados.

    Se presenta el Formulario para registrar la información de entrada:

    ie-gIngeniería Energética General - Formulario registro de los datos
    Cálculo del volumen de los productos de la combustión.
    Reporte en Unidades Inglesas. Un valor estimado
    Parámetro y unidades Valor
    Selección del estado físico del combustible.
    sólido, líquido, gas - Debe coincidir con el bloque de composición
    Composición química de los combustibles Sólidos, líquidos y gaseosos (carbones, antracitas, hullas, Fuel Oil pesado, Fuel Oil ligero, Diesel, Gasolinas y Naftas, Kerosinas, G. Natural y Gas Licuado)
    En cada ventana, seleccione el valor que coincide con la concentración real. La suma total tiene que ser 100
    Bloque sólidos y líquidos, % en peso, (lb/lb de combustible, 0.001)
    C
    H
    S
    O
    N
    M (agua) Cuando el agua está presente en el combustible.
    Cenizas, Ash (sólidos) , Residuos (en liq. )
    Borrar. Rectifica tus datos
    Bloque Gas Natural, Gas Licuado gaseoso
    Porciento en volumen, (pie3N/pie3N de combustible, 0.001) N: condiciones normales presión 29,92 plg Hg y 32 ºF
    En cada ventana, seleccione el valor que coincide con la concentración real. La suma total tiene que ser 100
    Og
    Ng
    CO2
    Hg
    CO
    SH2
    CH4
    C2H6
    C3H8
    C4H10
    C5H12
    C2H4
    C2H2
    C6H6
    Agua, en forma de Vapor de Agua
    Datos que complementan el cáclulo del volumen de aire requerido para la combustión.
    1 Concentración de oxigeno en los humos, % vol
    2 Humedad específica del aire, en lb de gua /lb aire seco
    Borrar. Rectifica tus datos
    ENVIAR
    Para asegurar la calidad de la información, a continuación se validan los datos registrados anteriormente. La condición es que la sumatoria de la composición que se registre sea igual a 100 %.

    Como se puede observar, cada campo de selección contiene el valor predefinido, en el entorno realmente posible, entre 0 1 100 %, por lo que la precisión de la información es 0.001. El usuario solo tiene que seleccionar el valor que coincide con el dato del porciento en volumen de cada componente. Esto garantiza que los caracteres que se envíen sean los correctos (numéricos) y que la comprobación se concrete a asegurar que los datos existan en realidad y que cumplan que su sumatoria es 100 %.

    Para poder consultar el resto del contenido de la página, se exige previamente introducir los datos en el Formulario y enviarlos para su comprobación. Si la operación de testeo no da luz verde, no se puede continuar. Es una condición imprescindible. Más abajo se copia el código de validación utilizado.

    Resultados del proceso de validación

    Inmediatamente que se validan y aceptan los datos registrados, se muestran en un panel de salida la información con los resultados.

    ------Validando el registro del estado físico de los combustible------
    1.1 Selecione el estado físico del combustible