Combustión. Cálculo de los productos de la combustión o humos generados Agradeceremos nos haga llegar su opinión sobre el uso de este procesador y si le ha sido útil su contenido

La documentación técnica sobre energía se publica en diferentes formatos como son Artículos, Calculadores, Instructivos. Los principales objetivos que se persiguen son: Potenciar la participación masiva de personas interesadas que necesitan documentarse para hacerlo. Facilitar la información en cifras y la aplicación de soluciones a los sistemas y equipos energéticos, de manera rápida y precisa Publicar información práctica y programar herramientas de cálculo, partiendo de la experiencia de trabajos energéticos realizados en la industria y los servicios, que agilicen y promuevan soluciones energéticas. Incentivar soluciones personalizadas que optimicen el tiempo y reporten resultados eficientes y rentables.

Objetivos del tema:

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, conocida 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.
Dentro de la biblioteca anterior, en la Tabla vista en la página Combustión, exceso aire, humos, química del proceso, se muestran las expresiones de cálculo que han sido utilizadas en la programación del calculador.

El procesador calcula los productos de la combustión o humos y algunas de las principales propiedades de los mismos, tanto de una mezcla de gases o de un sólo gas, de un carbón o antracita, o de uno de los cortes de los combustibles líquidos. Parte de la composición química de los combustibles. 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 y se agregan distintos parámetros que complementan la información.

¿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 que reacciona, 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 ó 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 (790.04 pie3) de volumen a temperatura y presión normales (32 ºF y 29.92 plg Hg) y pesa 44 kg (96.8 lb). La densidad del CO2 es entonces 44/22.4 = 1.96 kg/N 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 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)

En los cálculos en que el CO2 se reporta en unidades de volumen, pie3 de CO2 /lb de combustible, se puede multiplicar por la densidad del gas condiciones normales que ya se ha calculado antes y se obtendrán las lb de CO2/lb de combustible.

Y este procedimiento descrito, es el que se emplea y programa 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

Para asegurar la calidad de la información, se validan los datos registrados en el Formulario. La condición es que la sumatoria de la composición química 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 al procesador 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.