Análisis del Proceso de Combustión de las Mezclas de Petróleo Diesel
Objetivo del proyecto de Investigación Análisis del proceso de combustión de las mezclas de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón, a partir de la obtención de los parámetros siguientes:
Cálculo de la cantidad de aire real para quemar 1 kg. de mezclas de D2 con biodiesel. Poder calorífico Relación H/C. Número de Wobbe . Porcentaje de CO2 producto de la combustión Eficiencia de la combustión .
Planteamiento del estudio El estudio se realiza en las siguientes etapas :
Primera etapa; determinación de la composición C/H/0/S/ de los biodiesel de soya, girasol y algodón.
Segunda etapa; cálculo de las reacciones de combustión de la mezcla del petróleo diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón; considerando los límites de inflamabilidad.
Tercera etapa; cálculo de los parámetros de la combustión: poder calorífico, relación H/C, número de Wobbe, porcentaje de CO2, eficiencia del proceso de combustión.
Cocina no convencional Mezclas de diesel 2 con biodiesel Pulverizadores 1, 2, 3, 4 y agujas respectivas Fotografías de los equipos e instrumentos para los ensayos experimentales
Termómetro digital Manómetro Adaptación de la cocina no convencional para los ensayos experimentales Instrumentos empleados
C x H y + b O 2 + c N 2 d CO2 + e H2O + f N 2
Tipos de Combustión 11.Combustión ideal
Denominada también combustión teórica.
11.1 Combustión ideal con aire Para la combustión ideal con aire consideraremos que:
se oxida se oxida H2 H2O C CO2
se oxida se oxida S SO2 SO 2 + H2O ácido sulfúrico
Para la combustión de un hidrocarburo de la forma C x H y, la ecuación de la reacción es de la forma:
Cx Hy + B (O2 + 3.76 N2 ) dCO2 +e H2O + f N2 + gO2
1.2 Combustión ideal con exceso de aire PPara la oxidación completa del combustible, se necesitará exceso de aire. MMezcla rica: cantidad de aire menor que la estequiometria (aire en defecto) MMezcla pobre: cantidad de aire mayor que la estequiometria (aire en exceso). Cuando la combustión es completa, el oxigeno en exceso, aparece en los productos y la ecuación de la reacción tendrá la siguiente forma.
º
22. Combustión real 22.1 Combustión con deficiencia de aire En estos procesos el carbono reacciona formando C ,O y C O2 en proporciones que dependen de la deficiencia de aire y se determinan balanceando la ecuación de reacción 22.2 Combustión real con defecto de aire; la ecuación de la reacción es de la forma: C Cx H y+ BO2 + 3.76 N2 i CO2 + j CO + e H2O + f N2 + g O2
Los coeficientes i, j, e, f, y g deben ser para la combustión real a partir de la información que obtiene, por alguno de los métodos existentes para el análisis de los promedios.
Composición gravimétrica del diesel 2 y de los biodiesel de soya, girasol y algodón Diesel 2: C/H/O/S = 0,87/0,126/0,003/0,001 Biodiesel de soya: C/H/O = 0,77/0,12/0,11 Biodiesel de girasol: C/H/O = 0,628/0,202/0,17 Biodiesel de algodón: C/H/O = 0,621/0,204/0,174 Ejm. de una mezcla: Diesel 2 (70%) con biodiesel de soya (30%)
Biodiesel Diesel 2 de soya
Reacción
% Diesel 2 + % Biodiesel de soya + aire dCO2 + eH2O + fN2 + gO2
0.7(7.25C+6.3H2+ 0.0125 O2) + 0.3(6.417C+6H2+0.34375O2) + 1.25B(O2+3.76N2)
d CO2 + eH2O + fN2 + gO2
Se muestra un ejemplo con exceso de aire: 125% aire teórico:
Ecuación de la Combustión Completa con exceso de aire
0.7 (7.25 C + 6.3 H2 + 0.0125 O2)+0.3(6.417 C+ 6 H2 + 0.34375 O2) +
1.25B ( O2 + 3.76 N2) d CO2 + eH2O + fN2 + gO2
7 C + 6.21H2 + 0.119 O2 + 1.5B(O2+3.76 N2) d CO2 + e H2O + f N2 + gO2
Balanceo: d ( CO 2) = 7 e (H2O) = 6.21 2 g (O2) = 19.9863 – 2.5 B f (N2) = 46.9677
Metodología
Ecuación Estequiométrica
7C + 6.21 H2 + 0.119 O2 + 1.5 B (O2 + 3.76 N2) = d´ CO2 + e´ H2O + f ´ N2 + g´O2
Balanceo: B (aire) = 9.9931 d´ (CO 2) = 7 e´ (H2O) = 6.21
entonces g (O2) = 2.4983
Ecuación Balanceada
7C +6.21 H2 + 0.119 O2 + 14.9897 (O2 + 3.76 N2) dCO2 + e H2O + f N2 + gO
Masa de aire real
Masa de aire teórico
Análisis gravimétrico de los gases de combustión
Peso de CO2 = 7* (12+32) = 308 Peso de N2 = 46.9677* (28) =1315.0953 Peso de H2O = 6.21 * (2+16)= 111.78 Peso de O2 = 2.4983* (32) = 79.9450 Total =1814.8203
Porcentaje de CO2: % CO 2 = 308/1814.8203 = 0.1697
Peso de C = 7* (12) = 84 Peso de H2 = 6.21 * (2+16) = 12.42 Peso de O2 = 0.119* (32) = 3.58 Peso de aire = 14.9897 * (32+3.76*28)= 2027.7843 Total = 2157.7843
Relación H / C: H / C = 12.42 / 84 = 0.1479
Análisis de Resultados Se ensayaron con mezclas en volumen de diesel 2 con 10%, 20%, 30% y 50% de biodiesel de soya, girasol y algodón.
Los resultados del análisis cualitativo y cuantitativo del proceso de combustión de las mezclas, tomando en cuenta la relación estequiométrica y para mezclas empobrecidas, denuestra que es posible reemplazar parcialmente al petróleo diesel 2 por biodiesel, alcanzando condiciones óptimas de desprendimiento y aprovechamiento de calor. Así mismo se demuestra que los niveles de producción de CO2 son menores que el producido por el Diesel 2
Resultados de % CO 2 , relación H/C , Nº WOOBE
El incremento del porcentaje de aire teórico presente en la combustión de la mezcla de diesel 2 y biodiesel, favorece la disminución de emisión de CO 2 % CO2 emitido en la combustión de la mezclas Diesel 2 y biodiesel que presentan mayor eficiencia trabajando con los pulverizador 1 y 2
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