Talleres Combustion

 

FACULTAD DDE INGENIERIA ECUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL FILIAL/SEDE: LIMA/LIMA NORTE

 

TALLER SOBRE QUIMICA DE LA COMBUSTION Y ACEROS PROCESOS INDUSTRIALES II Integrante: 1) QUISPE CARDENA C ARDENAS S LEONOR MERCEDES Fecha de Presentación: 03 / 11 /2019 01. Si en un horno se quema hidrogeno gaseoso y seco a la presión atmosférica y con un proceso de combustión completa con 32% de exceso de aire. Calcular el análisis Orsat de gas de chimenea que sale del horno. 2H2 + O2

2H2O + N2

100 moles H2 Naire teorico = 100 moles H2 =(

   

50 moles O2   

)(   

  

)= 238.0952 moles aire

Exceso de aire (32%) = 32% aire teórico= 0.32 (238.095) = 76.1905 moles -Aire alimentado = aire teórico + exceso de aire Aire alimentado = 238.0952 + 76.1905 Aire alimentado = 314.2857 -NO2 alimentado = 1 + (H2) = 100 mol H2

%    

 = 1 + 0.32 = 1.32

  

NO2 teorico = 100 mol H2 (  ) = 50 mol O2 NO2 alimentado = 50 moles * 1.32 = 66 moles O 2   

-Naire alimentado = 66 moles O2 *(

  

) = 314.2857 moles de aire.

  ) = 248.2857 moles de H2 NH2 alimentado 314.2857 moles de aire* (   

 

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02. Carbón libre de hidrogeno, en la forma de coque, se quema: a) Con combustión completa utilizando el aire requerido teóricamente b) Con combustión completa empleando 50% de exceso de aire c) Usando 50% de exceso de aire pero en un proceso tal que el 10% del carbón se transforma en CO únicamente. Calcular en cada caso el análisis del gas que se obtendría en la prueba del gas de chimenea seco mediante el aparato Orsat. C + O2

CO2

AIRE 0.21 O2 0.79 N2

GAS SALIDA nco2 = 8.33 kmol nN = 31.34 kmol N2 NO2 = 0 kmol 39.67 mol Base de dato 100 kg de “C”    Nc =   = 8.33 kmol

a) FRACCION MOLAR 0.2099 == 0.21 0.79 ----------1

0.21*A = 8.33 kmol O2 A= 39.68 kmol A A= 39.68 kmol * 0.79 N 2  A= 31.34 kmol N2 b) nO2 requerido = 8.33  −    %aire exceso =    −.

 



   





  0.5 = . O2 REQ = 12.495 kmol O2 12.495 kmol O2*(1mol aire/21 mol O 2)  59.5 kmol NH2= 54.5*0.79 = 47.005 mol H 2 NO2 = 12.495 – 8.35= 4.165 kmol O 2

CO2 N2 O2 c) C+O2 C+1/2 O2

Kmol 8.33 47.005 4.165 59.5

Fr.mol 0.14 0.79 0.07

CO2 …………RX1 CO2 ……………RX2

Nc en Rx1 = 8.33*0.9= 7.497 kmol Nc en Rx2 = 8.33*0.1= 0.833 kmol Nco2 = 7.497 Nco2 =0.833

no2 req =8.13 kmol no2 entra = 12.495 kmol O2 NN2 entra = 47.005 kmol N2 No2 = 12.495 -7.497 – 0.833(1/2) -4.581 kmol O2 Especie CO2 CO O2 N2

kmol 7.497 0.833 4.581 47.005 59.91

fracc. Mol 0.12 0.01 0.07 0.78

 

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03. Determinar el análisis volumétrico de los productos de combustión cuando se quema n-octano (C8H18) con 200% de aire teórico si 12,5 moles de oxigeno se quedaron sin reaccionar. Ecuación teórica:

C8H18  + b (O2 + 3,76N2) 

C8H8 + 12.5 (O2 + 3.76N2)

→

dCO2  + eH2O + fN2

8CO2 + 9H2O + 47 N2

Naire teórico= 12.5 (1+3.76)= 59.5 mol Naire en excesso = 59.5 * 200% = 119mol

 

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04. Una caldera utiliza un combustible gaseoso con el siguiente análisis volumétrico: H2 = 48,0%; CH4 = 22,5%; CO = 19,0%; N2 = 6%; CO2 = 4,5%. El aire que se suministra excede en un 25% al suministro de aire estequiométrico, y con aire/combustible, la combustión es completa. Calcular paraesta 100 proporción mol-kg de combustible los porcentajes de los gases de la chimenea analizados en las siguientes situaciones: (a) Sobre una base volumétrica para los gases "secos" de la l a chimenea (b) sobre una base de la masa para el total de gases "húmedos" de la chimenea H2  = CH4 = CO = N2 = CO2 =

2H2 + O2 = 2H2O

48 kgmol 22.5 kgmol 19 kgmol 6 kgmol 4.5 kgmol

CH4 + 2O2 =CO2 + H2O 2CO + O2 = 2CO2 -48 kg de H 2 necesitan 24 kg mol de O2 -22.5 kg de CH4 necesitan 45 kg mol de O 2 -19 kg de CO necesitan 9.5 kg mol de O 2

  Excede un 25%



Suministro de O = 1.25 * 78.5 = 98.125 kgmol Suministro de N = 3.76 * 98.1 = 368.856 kgmol   Productos de combustión



368.856 + 6 = 374.9 mol de N 2 48 + 45 = 93 mol de H2O 4.5 + 22.5 +19 = 46 mol CO2 398.1 – 78.5 = 19.6 mol O2 SECO n N2 374.9  Co2 46 O2  19.6 H2O ---440.5

humedo y 0.852 0.1044 0.0444 --------1

% 85.7% 10.44% 4.43% -----100%

n 374.9 46 19.6 93 533.5

y 0.702 0.086 0.038 0.174 1

% 70.2 8.6 3.8 17.4 100%

 

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05. El análisis volumétrico en se seco co de los productos de la combustión del octano (C8H18) a presión constante con exceso de aire es el siguiente. CO2 = 7,2%; CO = 1,2%; O2 = 8,0%; N2 = 85,6% Determinar el porcentaje de aire teórico empleado en la combustión.

 

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PREGUNTAS SOBRE ACERO 01. Completa el siguiente cuadro para el acero aleado METAL AGREGADO Manganeso Cromo

CARACTERÍSTI CARACTERÍSTICAS CAS DEL ACERO Aporta al acero dureza y resistencia al desgaste. Aumenta su dureza, le da brillo y hace que el acero

Niquel

sea inoxidable. Evita la corrosión del acero, mejora la resistencia a la tracción y su tenacidad  tenacidad 

02. Señale las aplicaciones que se le puede dar al acero DUPLEX a) Equipo de petróleo y gas. b) Tecnología en aplicaciones en mar. c) Plantas de desalinización de agua salada. d) Industria químicas, especialmente cuando en aplicaciones de cloruros. e) Limpieza de tanques de gas de combustión. f) Industrias de pulpa y papel. g) Tanques de carga y sistemas de tuberías en tanques químicos. h) Paredes de contra fuego y “blast walls”.  walls”.  i) Puentes.  j) Tanques de almacenamie almacenamiento. nto. k) Tanques de presión, reactores e intercambia intercambiadores dores de color. l) Ejes, impulsadores y rotores.

03. Completa los siguientes enunciados: 3.1 Conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férrico de unas determinada determinadass características proceso siderúrgico. 3.2 Engloba desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la obtención del producto final proceso siderúrgico.  3.3 Elementos químicos que se caracterizan por tener una elevada conductividad térmica y eléctrica metales.   3.4 Mezcla de dos o más materiales, donde al menos uno, de forma mayoritaria es un metal las aleaciones.  3.5 Aleación con un contenido de d e carbono superior, carecen de interés industrial porque son no ferrosos.  3.6 Completa a quien corresponde las siguientes composiciones de carbono COMPOSICION EN CARBONO C < 0,1% 0,1 % < C < 2% 2 %< C < 7%

FERROSOS Hierro Aceros Fundiciones

3.7 Completa los elementos químicos que esta presentes en las aleaciones no ferrosas ALEACIONES Pesadas Ligeras Ultraligeras

ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES Cobre-Estaño-Plomo Aluminio-Titanio Berilio-Magnesio

 

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3.8 El Fe puro no presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas aplicaciones térmicas. 5.9 El Fe es un metal que forma parte de la corteza terrestre (5 %); nunca se presenta en estado puro, sino combinado formando a) oxidos c) hidróxidos

b) carbonatos d) sulfuros

5.10 El mineral que se extrae de la mina contiene una parte con el componente de hierro, llamado mena (elementos aprovechables), y otra parte p arte compuesta por sustancias no ferrosas llamada ganga  (elementos no aprovechables) tales como roca, sílice 5.11 Escriba las ecuaciones que ocurren en la reducción del hierro hasta la obtención de hierro puro 

C +  O2 Fe2O3 + CO Fe3O4 + CO FeO + CO

CO3  2Fe3O4 + CO2  3FeO + CO2  Fe + CO2 

5.12 Producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 7%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión. Se obtienen todos los productos ferrosos restantes: estas funciones, hidrodulce acero, etc.

5.13 Capacidad de producción del ALTO HORNO Humos y gases residuales, escoria y fundición hierro o arrabia.

5.14 Residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar utili zar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio la escoria se recoge por la parte inferior del alto horno por la riqueza de escorrio.

5.15 Gases residuales que se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro  a) dióxido de carbono c) monóxido de carbono

b) óxido de azufre

06. De respuesta a las siguientes preguntas 6.1 ¿En qué se diferencia la fundición gris de la fundición blanca? La fundición gris es cuando el silicio es elevado. El carbono cristalino cristaliza entonces se forma de grafito y solo pueden emplearse para piezas moldeadas mientras que la fundición blanca se obtiene cuando el manganeso es elevado en estas condiciones el carbono se combina con el hierro y se utiliza como materia prima para la obtención del acero.

6.2 Mencione los productos fabricados con aceros al carbono Se fabrican:   Maquinas   Carrocerías de automóvil   Estructuras de construcció construcción n   Cascos de buques

 

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6.3 ¿A qué se denominan aceros aleados? ¿Cómo se clasifican? y ¿Qué usos se les puede dar? 1.- Es aquel constituido por acero con el agregado de varios elementos que sirven para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas o químicos espaciales.

2 y 3 Se clasifican en:   ACEROS AL CARBONO: Este tipo de aceros se usa para la fabricac fabricación ión de maquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques.   ACEROS ALEADOS: su aplicaciones en uso estructu estructural ral (maquinas, engranajes, ejes y palancas) también en estructuras de edificios construcción de chasis de automóviles, puentes y barcos. Herramientas(taladros, escariado y machas de roscor). Especiales (turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos r odamientos))   ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENT ULTRARRESISTENTES: ES: en la actualidad se construyen muchas edificios con estructuras de acero de baja aleación, las







vigas pueden ser mas delgadas sin disminuir su resistencia.   ACEROS INOXIDABLES: se utiliza para la fabricación de tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas quimicas, fuselajes de aviones o capsulas espaciales, también se fabrican equipos quirúrgicos y en utilisilios.



6.4 Se conoce que en España la norma UNE-3600 UNE-360011 clasifica las aleaciones férricas según las denominadas series F. A los aceros les corresponden las series F100 a F700, a las fundiciones la F800 y a otras aleaciones férricas la F900. Cada país tiene su propia norma para clasificar a los aceros, aunque todas ellas son más o menos equivalentes. Señale las F que corresponde a los siguientes aceros: F100  a) Aceros para construcción: b) Aceros inoxidables y anticorrosión: F300 c) Acer Aceros os inoxidables: F310