unidad 1 Combustibles y Combustion

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OBJETIVOS GENERALES:  Atender las necesidades necesidades de conocimiento conocimiento para los futuros profesionistas acerca del tema de máquinas y equipos térmicos, y así preparase para el futuro laboral, teniendo en cuenta la mayor cantidad de cuestiones resueltas para la superación personal.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:   

Adquirir conocimientos conocimiento s básicas sobre máquinas y equipos térmicos Aprender como emplear la teoría en la vida laboral Superar nuestras expectativas de aprendizaje

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INTRODUCCIÓN El conocimiento es la mejor arma del ser humano y entre más se adquiere, nos acercamos más al éxito, durante la presente atenderemos conceptos básicos que competen con las máquinas y los equipos térmicos que en el mundo laboral nos vamos a encontrar. A pesar de ser básico, tiene una gran importancia conocer este tipo de conceptos, ya que, a pesar de lo más mínimo que pueda sonar, en el mundo exterior, para llegar a la cima del éxito tenemos que poner lo mejor de nuestra parte, y que mejor que leer y aprender sobre este tema. Cabe recalcar que el campo de aplicación de esta materia es muy extensa y la necesidad de personas capacitadas para los trabajos es muy alto, ya que al trabajar no solo con temperaturas demasiadas altas, también con presiones muy diferentes a la atmosférica, un ser humano común y corriente no podría realizar dicho trabajo o correría riesgo de tener un penoso accidente. Es en ese momento donde nuestra capacitación obtenida entra en juego y tenemos que desarrollar lo mejor de nosotros.  Actualmente  Actualmente las generaciones generaciones vinientes vinientes de ingenieros están sufriendo sufriendo un cambio muy drástico en las formas de laborar su profesión, podemos decir que el concepto de empleado está quedando muy escaso y lo que las empresas necesitan o más que nada están implementando es la generación de trabajos, al decir esto nos referimos que las empresas solamente contratan personal para una determinada acción a realizar con sus equipos y al terminar con esto se puede decir que solamente se vuelve a consultar al profesional hasta que surja un nuevo problema en el equipo. Esto es lo que sucede que el mundo actual, y ese es el momento en el que las personas capacitadas y mejor preparadas toman un papel importante, por ende tenem os la tarea de aprender lo mayor posible para que seamos nosotros quienes obtengan los mejores trabajos y crecer tanto en nuestra experiencia como en nuestra economía, sentir la satisfacción de haber realizado nuestras tareas cuando estuvimos a tiempo y leímos lo suficiente para ser personas emprendedoras.

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COMBUSTIBLES Y COMBUSTION 1.1 Combustibles Combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor. Supone la liberación de una energía de su forma potencial (energía de enlace) a una forma utilizable sea directamente (energía térmica) o energía mecánica (motores térmicos) dejando como residuo calor (energía térmica), dióxido de carbono y algún otro compuesto químico. Tipos de combustibles Entre los combustibles sólidos se incluyen el carbón, la madera y la turba natural. El carbón se quema en calderas para calentar agua que puede vaporizarse para mover máquinas a vapor o directamente para producir calor utilizable en usos térmicos (calefacción). La turba y la madera se utilizan principalmente para la calefacción doméstica e industrial, aunque la turba se ha utilizado para la generación de energía y las locomotoras o los barcos que utilizaban madera como combustible fueron comunes en el pasado. Entre los combustibles comburenciales se encuentran el gasóleo, el queroseno o la gasolina (o nafta) y entre los gaseosos, el gas natural o los gases licuados de petróleo (GLP), representados por el propano y el butano. Las gasolinas, gasóleos y hasta los gases, se utilizan para motores de combustión interna o en calderas. En los cuerpos de los animales, el combustible principal está constituido por carbohidratos, lípidos, proteínas, que proporcionan energía para el movimiento de los músculos, el crecimiento y los procesos de renovación y regeneración celular, mediante una combustión lenta, dejando también, como residuo, energía térmica, que sirve para mantener el cuerpo a la temperatura adecuada para que funcionen los procesos vitales. Se llaman también combustibles las sustancias empleadas para producir la reacción nuclear en el proceso de fisión, aunque este proceso no es propiamente una combustión. Tampoco es propiamente un combustible el hidrógeno, cuando se utiliza para proporcionar energía (y en grandes cantidades) en el proceso de fusión nuclear, en el que se funden atómicamente dos átomos de hidrógeno para convertirse en uno de helio, con gran liberación de energía. Este medio de obtener energía no ha sido dominado en su totalidad por el hombre (salvo en su forma más violenta: la bomba nuclear de hidrógeno, conocida también como Bomba H) pero en el universo es común, específicamente como fuente de energía de las estrellas.

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Características La principal característica de un combustible es el calor desprendido por la combustión completa de una unidad de masa (kilogramo) de combustible, llamado poder calorífi co, se mide en joules por kilogramo, en el sistema internacional (SI) (normalmente en kilojoules por kilogramo, ya que el julio es una unidad muy pequeña). En el sistema técnico de unidades, en calorías por kilogramo y en el sistema anglosajón en BTU por libra.

Otra característica de los combustibles, en ciertos casos muy importantes, es la llamada temperatura de ignición, o temperatura a la que se desencadena la reacción de combustión arriba citada.

Combustibles fósiles Los combustibles fósiles se formaron hace millones de años a partir de restos orgánicos de plantas y animales muertos. Durante miles de años de evolución del planeta, los restos de seres vivos que lo poblaron en sus distintas etapas se fueron depositando en el fondo de mares, lagos y otras masas de agua. Allí se cubrieron por sucesivas capas de sedimentos. Las reacciones químicas de descomposición y la presión ejercida por el peso de esas capas durante millones de años, transformaron esos restos orgánicos en lo que ahora conocemos como combustibles fósiles. Son recursos no renovables, o mejor dicho, son renovables, pero harían falta millones de años para su renovación, y en algún momento, se acabarán. Por el contrario, otros combustibles, como la madera solamente requieren años para su renovación.

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Químicamente, los combustibles fósiles son mezclas de compuestos orgánicos mineralizados que se extraen del subsuelo con el objetivo de producir energía por combustión. El origen de esos compuestos es materia orgánica que, tras millones de años, se ha mineralizado. Se consideran combustibles fósiles al carbón, procedente de la madera de bosques del periodo carbonífero, el petróleo y el gas natural, procedentes de otros organismos. Entre los combustibles fósiles más utilizados se encuentran los derivados del petróleo: gasolinas, naftas, gasóleo, fuelóleo; los gases procedentes del petróleo (GLP): butano, propano; el gas natural, y las diversas variedades del carbón: turba, hullas, lignitos, etc. Biocombustibles Los llamados biocombustibles (un tanto impropiamente porque los combustibles fósiles también proceden de materia orgánica, materia viva, fosilizada), son sustancias procedentes del reino vegetal, que pueden utilizarse como combustible, bien directamente, o tras una transformación por medios químicos. Entre ellos se encuentran: -sólidos, (aprovechamiento de materias sólidas agrícolas: madera o restos de otros procesos, como cáscaras no aprovechables de frutos), que se aglomeran en pellas combustibles; -líquidos, en general procedentes de transformaciones químicas de ciertas materias orgánicas, como el bioalcohol o el biodiésel; -gaseosos, como el llamado biogás, que es el residuo natural de la putrefacción de organismo vivos en atmósfera controlada y que está compuesto de metano y dióxido de carbono a partes más o menos iguales.

1.2 Procesos de combustión teóricos y reales Muchas veces es muy útil estudiar la combustión de un combustible con la suposición de que la combustión es completa. Un proceso de combustión es completo si todo el carbono en el combustible se transforma en el CO2, todo el hidrógeno se transforma en H2O y todo el azufre (si lo hay) se transforma en SO2. Todos los componentes combustibles del combustible se queman por completo durante un proceso de combustión completa. En sentido inverso, un proceso de combustión es incompleto si los productos de combustión contienen cualquier combustible o componentes no quemados, como C, H2, CO u OH. El oxígeno insuficiente es una razón obvia para la combustión incompleta, pero no la única. La combustión incompleta sucede incluso

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cuando en la cámara de combustión hay más oxigeno del necesario para la combustión completa. Esto puede atribuirse a la mezcla insuficiente en la cámara de combustión durante el limitado tiempo que el oxígeno y el combustible están en contacto. Otra causa de combustión incompleta es la disociación, la cual se vuelve importante a elevadas temperaturas. La cantidad mínima de aire necesaria para la combustión completa de un combustible recibe el nombre de aire estequiométrico o aire teórico. De manera que cuando un combustible se quema por completo con aire teórico, no estará presente oxigeno no combinado en el producto de los gases. El aire teórico también se conoce como cantidad de aire químicamente correcta, o aire 100 por ciento teórico. Un proceso de combustión con menos cantidad de aire teórico está condenado a ser incompleto. El proceso de combustión ideal durante el cual un combustible se quema por completo con aire teórico se conoce como combustión estequiométrico o teórica de ese combustible. En los procesos de combustión reales es una práctica común emplear más aire que la cantidad estequiométrica, con el fin de aumentar las oportunidades de combustión completa o para controlar la temperatura de la cámara de combustión. La cantidad de aire en exceso de la cantidad estequiométrica se llama exceso de aire. La cantidad de exceso de aire suele expresarse en términos del aire estequiométrico como aire de exceso porcentual o aire teórico porcentual. Por ejemplo, 50 por ciento de exceso de aire es equivalente a 150 por ciento de aire teórico, y 200 por ciento de exceso de aire equivalente a 300 por ciento de aire teórico. Desde luego, el aire estequiométrico puede expresarse como cero por ciento de exceso de aire o 100 por ciento de aire teórico. Cantidades de aire menores que la cantidad estequiométrica reciben el nombre de deficiencia de aire y se expresa a menudo como deficiencia de aire porcentual. Por ejemplo, 90 por ciento de aire teórico es equivalente a 10 por ciento de deficiencia de aire. La cantidad de aire utilizada en procesos de combustión se expresa también en términos de la razón de la equivalencia, la cual es la proporción entre la relación combustible-aire real y la relación combustible-aire estequiométrica. La predicción de la composición de los productos es relativamente fácil cuando se supone que el proceso de combustión será completo y que se conocen las cantidades exactas de combustible y aire utilizados. Todo lo que se necesita hacer en este caso es aplicar el principio de conservación de la masa cada elemento que aparece en la ecuación de la combustión, sin necesidad de tomar otras medidas. Sin embargo, cuando una trata con procesos de combustión reales, las cosas no son tan sencillas. Por alguna razón, es difícil que los procesos de combustión reales siempre sean completos, incluso en la presencia de un exceso de aire. Por tanto, es imposible

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predecir la composición de los productos con base sólo en el principio de la conservación de la masa. Por ello, la única opción es medir directamente la cantidad de cada componente en los productos. Para analizar la composición de los gases de combustión se emplea un dispositivo conocido como analizador de gases Orsat. En este dispositivo se recoge una muestra de los gases de combustión y se enfría a temperatura y presión ambiente, en cuyo punto se mide su volumen. Después la muestra es puesta en contacto con un compuesto químico que absorbe el CO2. Los gases restantes se vuelven a llevar a la temperatura y presión ambiente, y se mide el nuevo volumen que ocupan. La proporción entre la reducción de volumen y el volumen original es la fracción de volumen del CO2, la cual es equivalente a la fracción molar si se supone comportamiento de gas ideal. Las fracciones de volumen de los otros gases se determinan al repetir este procedimiento. En el análisis Orsat se acopia la muestra gaseosa sobre agua y se mantiene saturada todo el tiempo. Así, la presión de vapor del agua permanece constante durante toda la prueba. Por esta razón se ignora le presencia de vapor de agua en la cámara de prueba y los datos se registran en una base seca. Sin embargo, la cantidad de H2o formada durante la combustión se determina con facilidad balanceado la ecuación de combustión.

1.3 Entalpia de formación y combustión Entalpia de combustión La diferencia entre la entalpía de los productos en un estado especificado y la entalpía de los reactivos en el mismo estado en una reacción completa se denomina entalpía de reacción hR .

En procesos de combustión, la entalpía de la reacción se le conoce como entalpía de combustión hC, que representa la cantidad de calor liberado durante el final del proceso de combustión de flujo estable cuando 1 Kmol o lbmol (1 Kg o 1lbm) de combustible se quema completamente a una temperatura y presión especificada.

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Entalpia de formación La entalpía de la combustión no es útil cuando la combustión es incompleta (casos reales). Así un planteamiento más práctico seria tener una propiedad fundamental para representar una energía química de un elemento o un compuesto en algún estado de referencia. Esta propiedad es la entalpía de formación la cual puede considerarse como la entalpía de una sustancia en un estado especificado debido a su composición química.

 A todos los elementos estables como N2, O2, H2 y C2. Se le asigna un valor de cero en el estado de referencia estándar 25 ºC (77 ºF) y 1 atm; es decir:

1.4 Poderes caloríficos inferior y superior El PCI (poder calorífico inferior) es el calor de la combustión que no aprovecha la energía de condensación del agua. El PCS (poder calorífico superior) aprovecha esta energía y por tanto, con la misma cantidad de combustible, se genera más calor. Para aprovechar el PCS son necesarias calderas específicamente diseñadas para ello, son lo que se denomina, calderas de condensación. Una caldera que no sea de condensación, se debe calcular con el PCI. Entrando más en detalle, el calor de cambio de estado es la energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía.

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La mayoría de los combustibles usuales son compuestos de carbono e hidrógeno, que al arder se combinan con el oxígeno formando dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) respectivamente. El agua tiene un calor de vaporización alto ya que, para romper los puentes de hidrógeno que enlazan las moléculas, es necesario suministrar mucha energía; también tiene un calor de fusión alto. Esta propiedad es aprovechada tanto para enfriar como para calentar. El principio de funcionamiento del botijo es este, el agua que se evapora a través de los poros del botijo absorbe el calor del resto del agua almacenada provocando que esta se enfríe. A la inversa, al pasar de gas a líquido y condensar el agua, esta pierde energía que cede al medio, calentándolo. Este es el principio de las calderas de condensación. El poder calorífico inferior, PCI, es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua de la combustión, ya que no se produce cambio de fase, sino que se expulsa en forma de vapor. El poder calorífico superior, PCS, es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa del combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado. Así pues, se contabiliza el calor desprendido en este cambio de fase. También es llamado poder calórico neto.

1.5 Análisis en la primera ley de sistemas reactivos El balance de energía (o primera ley) es aplicable por igual a sistemas reactivos y no reactivos. Sin embargo, los sistemas químicamente reactivos implican cambios en su energía química, en forma tal que los cambios en las energías químicas se expresen de modo explícito, lo que se hace en esta sección primero para sistemas de flujo estacionario, y luego para sistemas cerrados. Un análisis según la primera ley para procesos sin flujo requiere un conocimiento de la energía interna, mientras que para proceso con flujo se usa la entalpia de la sustancia que intervienen. Las mayorías de las reacciones de combustión de interés en ingeniería ocurren en procesos que tienen lugar a presión constante. Los sistemas reactivos, a diferencia de los puramente transformacionales, mantienen una continua interacción con su entorno, respondiendo ante los estímulos externos en función de su estado interno. Son métodos operacionales que tienen amplia difusión en la industria por ser gráficos, fáciles de aprender, de utilizar y de revisar. Muchos de estos errores pueden causar problemas de seguridad, por lo que a menudo los sistemas reactivos son también sistemas críticos.

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1.6 Sistemas de flujo estable y flujo cerrado Sistema de flujo estacionario o estable Es un proceso donde no se producen cambios con el tiempo en el volumen de control estudiado. Las propiedades pueden cambiar de un punto a otro, pero permanecen iguales en ese punto durante todo el proceso. Se necesita expresar la entalpía de tal manera que sea relativa al estado de referencia estándar y que el término de la energía química aparezca explícitamente. Cuando se expresa de manera adecuada, el término de entalpía debe reducirse a la entalpía de formación, en el estado de referencia estándar. Con esto en mente, se expresa la entalpía de un componente por unidad de mol como

Sistemas cerrados Es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia. Un ejemplo de sistemas cerrados sería una olla a presión que no permita el escape de gases, en el laboratorio un reactor.

La relación general de balance de energía para un sistema cerrado E entrada - E salida =E sistema se expresa para un sistema cerrado químicamente reactivo en reposo como

1.7 temperatura de flama adiabática La temperatura de flama adiabática es la temperatura que resulta de un proceso de combustión completa que ocurre sin cualquier trabajo, como transferencia de calor, cambios de cinética o energía potencial. Su temperatura es más baja que el proceso

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de volumen constante porque parte de la energía que se utiliza para cambiar el volumen del sistema y cuando alcanza la combustión la reacción se efectúa sin intercambio de calor con el entorno y hay otros efectos presentes, como efectos eléctricos, trabajo, ionización, formación de radicales libres, ect. Se supone que los productos salen a la temperatura de la reacción, así que si se conoce la temperatura de los productos automáticamente se determina la temperatura de la reacción. En la vida diaria, la gran mayoría de las flamas que encontramos son las de compuestos orgánicos como la madera, cera, grasa, plásticos comunes, propano, gas y gasolina. La flama adiabática a presión constante de tales sustancias en el aire está en un rango relativamente estrecho alrededor de 1950 ºC. Debido a que la mayoría de los procesos de combustión que ocurre naturalmente a diario en el aire libre, no hay nada que limite al gas a un volumen determinado, como el cilindro en un motor. Como resultado a toda esta quema de sustancias se lleva una presión constante, permitiendo que el gas se expanda durante todo el proceso.

1.8 análisis de la segunda ley de sistemas reactivos Existen dos tipos de la aplicación que esta ley estudia: La determinación de la posibilidad de la reacción para un conjunto de condiciones dada. El análisis de eficiencia termodinámica global de un sistema donde la reacción química juega un papel muy importante. El análisis termodinámico de un proceso resulta incompleto sin el examen de los aspectos de la segunda ley. De particular interés resulta la exergia y la destrucción de exergia, las cuales se relacionan con la entropía. El balance de entropía para cualquier sistema, incluyendo los sistemas reactivos que experimenta cualquier proceso se expresa como:

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Una vez que se evalúa el cambio de entropía total o la generación de entropía, la Exergia destruida Xdestruida asociada con una reacción química puede determinarse de:

Donde To es la temperatura de los alrededores. Cuando se analizan sistemas reactivos se tiene mas interés por los cambios en la exergia de los sistemas reactivos que en los valores de exergia en varios estados. Recordando que el trabajo reversible Wrev representa el trabajo máximo que puede efectuarse durante un proceso. En ausencia de cualquier cambio en las energías cinética y potencial, la relación del trabajo reversible para un proceso de combustión de flujo estacionario que incluye transferencia de calor únicamente con los alrededores a To puede obtenerse reemplazando los términos de entalpia.

1.9 influencias de las condiciones atmosféricas Combustión a nivel del mar Los procesos de combustión se ven afectados por la altitud donde se desarrollan. La altitud sobre el nivel del mar ejerce efectos tanto sobre la presión y temperatura atmosféricas, así como sobre la concentración de oxígeno en el aire y la composición de éste, ocasionando una afectación del proceso de combustión con relación al que se realiza en condiciones de presión normal. Todos los combustibles para generar la combustión, requieren un comburente que en la mayoría de los casos es el aire atmosférico. La composición del aire seco a nivel del mar es el siguiente:

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Para efectos prácticos, se considera que los componentes del aire son exclusivamente nitrógeno y oxígeno, atribuyendo al primero las pequeñas cantidades de los otros inertes. En base molar o volumétrica en condiciones normales (1 atm y 0 oC), las proporciones de estos elementos en el aire se considera que son: Oxígeno 21% Nitrógeno 79% En peso, las proporciones de los componentes son las siguientes: Oxígeno 23.3% Nitrógeno 76,7% La masa molar calculada del aire es de 28.93 g/mol, y su densidad en condiciones normales es de = 1.293 kg/m3. En los cálculos de tipo técnico, se considera esta composición como constante, y para introducir el contenido de nitrógeno en las reacciones de combustión, se considera que por mol de oxígeno presente en el aire, se tienen asociados 79/21 = 3.762 moles de nitrógeno. De esta manera, la reacción de combustión completa para un combustible de fórmula general CnHm con aire seco, se puede escribir como:

En esta reacción, n es el número de átomos de carbón en el hidrocarburo, H el número de átomos de hid rógeno y α el exceso de aire, escrito como fracción.

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Efectos de la altura Cuando se realiza la combustión a alturas sobre el nivel del mar, es necesario considerar la variación de presión atmosférica y su influencia sobre las propiedades del aire y los combustibles. Los combustibles sólidos y líquidos, prácticamente no ven afectadas sus propiedades por la altitud, y en el caso de los combustibles gaseosos, su mayor efecto es la disminución de su densidad. La altitud sobre el nivel del mar afecta de manera significativa las propiedades del aire.  Además de las variaciones de temperatura propias de las distintas capas de la atmósfera, la presión del aire disminuye a medida que crece la altura del punto de medida, debido a la reducción del peso de la columna que soporta por encima, así como a la menor densidad del aire que la ocupa. La combustión tiene un sin número de aplicaciones tanto a nivel doméstico como industrial, y el estudio del efecto de la altura sobre este proceso es importante debido a que los equipos de combustión (quemadores, cocinas, motores, calefactores, etc.) han sido generalmente diseñados para prestar servicios en condiciones atmosféricas normales. Al realizarse la combustión en altura, los equipos, instalaciones y sistemas diseñados para operar en condiciones normales, tendrán un decaimiento en su eficiencia, si no se compensan los factores que resultan afectados por la altitud del lugar donde se realiza la combustión.

La tabla muestra que el radio molar N2/O2 en el aire se incrementa con la altitud por el decrecimiento de su contenido de oxígeno, lo que ocasiona que se tenga una reacción química de combustión con diferentes coeficientes estequiométrico para cada altura considerada, tomando en cuenta la variación de la composición del aire con la altitud.

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1.10 análisis de los productos de la combustión El análisis de los productos de la combustión es una comprobación de especial importancia para asegurar una correcta combustión, y así detectar las combustiones con exceso de CO, perjudicial para la seguridad de las personas y perjudicial para el medio ambiente. En el proceso de control periódico de los aparatos, se realiza una comprobación de la combustión de los quemadores de aparatos a gas de tipo B, tanto de tiro natural como de tiro forzado, así como de los quemadores de encimeras vitrocerámicas de fuegos cubiertos y de los generadores de aire caliente que, independientemente de su consumo calorífico nominal, cumplen con los requisitos establecidos en la Norma UNEEN 525, mediante un analizador de combustión adecuado. Esta comprob ación se debe realizar con las puertas y ventanas del local cerradas. Para determinar sobre los productos de la combustión cuál es la concentración de monóxido de carbono (CO) corregido no diluido, salvo en el caso de los generadores de aire caliente conformes a la Norma UNE-EN 525, que por su propia concepción, éste se toma ya diluido se debe seguir el procedimiento descrito en el anexo A y con la campana extractora, si existiera, apagada. Se considera que la combustión es no higiénica (anomalía principal AP-2) cuando la concentración de monóxido de carbono corregido en los productos de la combustión (CO-PdC) supere el valor de 1000 ppm, excepto para el caso de los generadores de aire caliente conformes a la Norma UNE-EN 525, en que se considera esta circunstancia cuando el valor de CO obtenido y corregido supere el que establece dicha norma. Otros parámetros y valores de referencia a tener en el análisis de los productos de la combustión son los siguientes: - Temperatura de los productos de combustión: para calderas su valor debe ser mayor o igual a 80ºC, para calentadores debe ser de alrededor o superior a 110ºC. - Contenido de oxígeno en los productos de combustión (O2 en %): su valor debe ser entre 5 y 12, lo más apropiado se considera entre 8 y 10. - CO2 en productos de combustión: inferior al 10%. - CO no diluido o CO corregido o CO concentrado: este valor no lo mide directamente la sonda del equipo, sino que es resultado de los cálculos que hace el equipo, en función del valor de CO diluido en productos de combustión (valor variable) y el exceso de aire en productos de combustión (valor entre 1,5 y 3, siendo apropiado alrededor de 2). El valor del CO no diluido en humos es el valor de referencia que debe tomarse para saber si la combustión presenta exceso de CO.

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En general no se consideran aceptables los valores iguales o superiores a 1000 ppm de CO en humos. En adecuación de aparatos no se consideran aceptables los valores superiores a 500 ppm.

1.11 normas de control de la contaminación ambiental Normatividad mexicana para la disminución de la contaminación por la quema de combustibles Nuestro país pone en marcha iniciativas para evitar lo que es la contaminación por la quema de combustibles fósiles, a continuación veremos varias de las normativas que se han implementado:

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-022-SSA1-201: Esta Norma Oficial Mexicana establece los valores límites permisibles de concentración de dióxido de azufre (SO2) en el aire ambiente para la protección de la salud humana.  A pesar de no hablar del todo sobre nuestro tema, si podemos apreciar que hace mención de la quema de combustibles en la siguiente cita: “El dióxido de azufre se genera como emisión tanto de fuentes naturales, como de la combustión de compuestos ricos en azufre. Es hidrosoluble y al hidrolizarse da lugar a ácidos lo que le confiere sus caracterís ticas potencialmente agresoras.”

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086-SEMARNAT-SENER-SCFI-2005 Esta Norma Oficial Mexicana establece las especificaciones sobre protección ambiental que deben cumplir los combustibles fósiles líquidos y gaseosos que se comercializan en el país.

Campo de aplicación Esta norma oficial mexicana aplica en todo el territorio nacional y es de observancia obligatoria para los responsables de producir e importar los combustibles a que se refiere la presente.

Especificaciones Las especificaciones sobre protección ambiental que deben cumplir los combustibles fósiles líquidos y gaseosos son las establecidas en esta Norma Oficial Mexicana. Las tablas 1 a 6 establecen las especificaciones para las gasolinas, la tabla 7 las del diésel

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para automotores, embarcaciones y usos agrícolas, la tabla 8 las de la turbosina para aviones, la tabla 9 las de diversos combustibles líquidos para uso doméstico e industrial, la tabla 10 las del gas licuado de petróleo.  Aditivos y combustibles no especificados en esta Norma.- El responsable antes de utilizar cualquier otro aditivo o combustible no especificado en esta Norma, deberá proporcionar a las autoridades ambientales y de salud información completa sobre el producto que permita evaluar las ventajas ambientales del mismo y demostrar que por su uso no se afectarían los sistemas de control de los equipos o de los vehículos, ni se produce ningún efecto nocivo en la salud de la población, de conformidad con lo dispuesto por el artículo 49 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Combustibles Industriales Líquidos.- En las Zona Críticas (ZC), se dispondrá de al menos un combustible líquido cuyo contenido de azufre no rebasará el 2% en peso. Todos los combustibles de uso industrial que surta el responsable para la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), a partir de la entrada en vigor de esta Norma, tendrán un contenido máximo de 0.05 % en peso de azufre. El responsable indicará en las facturas de embarque del combustible, el contenido de azufre, expresado en peso. En el caso del gas natural se estará a lo dispuesto por la Norma Oficial Me xicana NOM001-SECRE-2003, Calidad del gas natural (cancela y sustituye a la NOM-001-SECRE1997, Calidad del gas natural) señalada en el numeral 3 de la presente Norma, Referencias. Los resultados de los análisis que hace el responsable de los parámetros establecidos en la presente Norma se organizarán a manera de informe semestral conteniendo el promedio mensual ponderado por volumen y la variabilidad de dichos parámetros. Los análisis se realizarán en los centros de producción.

NORMA Oficial Mexicana NOM-041-SEMARNAT-2015 Objetivo y Campo de Aplicación Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de emisión de hidrocarburos, monóxido de carbono, oxígeno y óxido de nitrógeno; así como el nivel mínimo y máximo de la suma de monóxido y bióxido de carbono y el Factor Lambda. Es de observancia obligatoria para el propietario, o legal poseedor de los vehículos automotores que circulan en el país o sean importados definitivamente al mismo, que usan gasolina como combustible, así como para los responsables de los Centros de Verificación, y en su caso Unidades de Verificación Vehicular, a excepción de vehículos con peso bruto vehicular menor de 400 kg (kilogramos), motocicletas,

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tractores agrícolas, maquinaria dedicada a las industrias de la construcción y de la minería.

Especificaciones: El Gobierno Federal, el Gobierno del Distrito Federal, los gobiernos estatales y municipales, de conformidad con las disposiciones legales aplicables, deberán instrumentar sus PVVO, aplicando el método de prueba dinámica, procedimiento de medición de la NOM-047-SEMARNAT-2014 o la que la sustituya. Límites máximos permisibles de emisiones provenientes del escape de vehículos en circulación en el país, que usan gasolina como combustible. Los límites máximos permisibles de emisiones de hidrocarburos, monóxido de carbono, oxígeno, óxidos de nitrógeno, límites mínimos y máximos de dilución provenientes del escape; así como el valor del Factor Lambda de vehículos en circulación que usan gasolina como combustible, en función del método de prueba dinámica y el año modelo, son los establecidos en la TABLA 1 de la presente Norma Oficial Mexicana.

Cuando los vehículos que sean definidos por su fabricante como inoperables en el dinamómetro o aquellos cuyo peso rebase la capacidad del mismo, se empleará el método de prueba estática procedimiento de medición, de acuerdo con lo establecido en la NOM-047-SEMARNAT-2014 o la que la sustituya. Los límites máximos permisibles de emisión de hidrocarburos, monóxido de carbono, oxígeno, los límites mínimos y máximos de dilución provenientes del escape de los vehículos en circulación que usan gasolina como combustible, establecidos en el Método de prueba estática procedimiento de medición, de la NOM-047-SEMARNAT2014 o la que la sustituya; en función del año-modelo, son los establecidos en el numeral 4.2.2, (TABLA 2) de la presente Norma Oficial Mexicana y serán aplicables de acuerdo al transitorio quinto de la misma.

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No aplicará el valor del Factor Lambda en el caso de la prueba en marcha mínima. Quedan exceptuados del criterio de Factor Lambda establecido en el numeral 4.2.1. (TABLA 1) y el numeral 4.2.2 (TABLA 2) de la presente Norma Oficial Mexicana los vehículos que por diseño operen con mezcla pobre, conforme a las especificaciones establecidas por el fabricante y del conocimiento de la autoridad competente. Las autoridades responsables de los PVVO, deberán complementar la evaluación de la operación del vehículo y del sistema de control de emisiones del mismo, con las prestaciones tecnológicas que brinda el OBD, para vehículos cuyos model o sean 2006 y posteriores, con base a lo señalado en la NOM-042-SEMARNAT-2003, Que establece los límites máximos permisibles de emisión de hidrocarburos totales o no metano, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y partículas provenientes del escape de los vehículos automotores nuevos cuyo peso bruto vehicular no exceda los 3,857 kilogramos, que usan gasolina, gas licuado de petróleo, gas natural y diésel, así como las emisiones de hidrocarburos evaporativos provenientes del sistema de combustible de dichos vehículos, o la que la sustituya. Los vehículos nuevos podrán quedar exentos de la verificación vehicular obligatoria por un periodo de hasta dos años posteriores a partir de su adquisición, y de acuerdo a lo establecido en las disposiciones expedidas por las autoridades federales y/o locales competentes. Estas autoridades podrán ampliar el beneficio de exención de acuerdo a las políticas de promoción de vehículos con nuevas tecnologías de control de emisiones.

NORMA Oficial Mexicana NOM-045-SEMARNAT-2006 Objetivo y campo de aplicación Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites máximos permisibles de coeficiente de absorción de luz y el porcentaje de opacidad, provenientes del escape de los vehículos automotores en circulación que usan diésel como combustible, procedimiento de prueba y características técnicas del equipo de medición. Su cumplimiento es obligatorio para los propietarios o legales poseedores de los citados vehículos, unidades de verificación y autoridades competentes. Se excluyen

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de la aplicación de la presente Norma, la maquinaria equipada con motores a diésel empleada en las actividades agrícolas, de la construcción y de la minería.

NORMA Oficial Mexicana NOM-085-SEMARNAT-2011 Objetivo Establecer los niveles máximos permisibles de emisión de humo, partículas, monóxido de carbono (CO), bióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx) de los equipos de combustión de calentamiento indirecto que utilizan combustibles convencionales o sus mezclas, con el fin de proteger la calidad del aire.

Campo de aplicación Es de observancia obligatoria para las personas físicas o morales responsables de las fuentes fijas de jurisdicción federal y local que utilizan equipos de combustión de calentamiento indirecto con combustibles convencionales o sus mezclas en la industria, comercios y servicios. No aplica en los siguientes casos: Equipos con capacidad térmica nominal menor a 530 megajoules por hora (15 CC), equipos domésticos de calefacción y calentamiento de agua, turbinas de gas, equipos auxiliares y equipos de relevo. Tampoco aplica para el caso en que se utilicen bioenergéticas.

Especificaciones Los niveles máximos permisibles de emisión de humo, partículas, monóxido de carbono (CO), bióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOX) de los equipos de combustión de calentamiento indirecto se establecen en función de la capacidad térmica nominal del equipo, del tipo de combustible, de la ubicación de la fuente fija y de las condiciones de referencia, en la Tabla 1 para equipos existentes y en la Tabla 2 para equipos nuevos. Los responsables de las fuentes fijas referidas en esta Norma Oficial Mexicana deben llevar la bitácora de operación y mantenimiento de los equipos de combustión de calentamiento indirecto y de control de emisiones, ya sea en formato impreso o electrónico. La bitácora debe estar disponible para su revisión por la autoridad ambiental en el ámbito de su competencia y debe tener como mínimo la siguiente información:

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Nombre, marca y capacidad térmica nominal de los equipos de combustión, y en caso de contar con equipos de control de emisiones y de medición de contaminantes, su nombre y marca. En los registros diarios se anotará: fecha, turno, consumo y tipo de combustible, porcentaje de la capacidad de diseño a que operó el equipo, temperatura promedio de los gases de chimenea y cualquier otro dato que el operador considere necesario en un apartado de observaciones. Las fuentes fijas en las que se instalen por primera vez equipos de combustión mayores de 1 000 GJ/h que utilicen combustibles con un contenido de azufre mayor de 1% deben contar con Sistemas de Monitoreo Continuo de Emisiones para medir SO2, la opacidad de la pluma y O2. En caso de utilizar equipos o sistemas de control de emisiones para cumplir los niveles de emisión de las Tablas 1 y 2, dichos sistemas deben operar al menos el 90% del tiempo total de operación en un año calendario de los equipos de combustión. Las empresas que suministren los combustibles regulados en esta Norma Oficial Mexicana, deben cumplir con las especificaciones de calidad establecidas por la normatividad vigente.

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CONCLUSIONES PERSONALES Gabriel Cecilio Zúñiga Aréchiga (Temas 1.1, 1.2, 1.3) En esta unidad comprendimos lo que es una combustión, así como también que partes o que componentes hacen la combustión. Aprendimos que para que haya una combustión debe de haber combustibles que es algo fundamental en el proceso de la combustión. Los diferentes tipos de procesos de combustión teóricos y reales. La entalpia que es una cantidad de energía contenida en una sustancia. La entalpia tiene un papel muy importante dentro del proceso de la combustión, puesto que la combustión nos dará como resultado calentamiento y es ahí donde la encontraremos a dicha entalpia. También conocimos los poderes caloríficos. Dentro de la combustión hay varias situaciones que como en la vida real hay cosas que se aprovechan y cosas que no, esto es un claro ejemplo sobre los poderes caloríficos, en esta situación el poder calorífico inferior es el calor que no se aprovecha mientras que el superior todo lo contrario. Todo lo visto en esta unidad es de suma importancia para el estudio de máquinas y equipos térmicos, en la ingeniería electromecánica las maquinas son muy importantes es por eso que se tiene que hacer un estudio adecuado o completo para conocer tanto de sus componentes como el funcionamiento de dichas maquinas. Para esto tenemos que tener en cuenta datos como la entalpia de las maquinas, como funciona o cuál es su proceso de combustión, así como también que tanto es el beneficio de las máquinas y obtener de ella un trabajo eficiente y seguro. Hay que aprovechar el proceso de la combustión lo más que se pueda, que a partir de acá se pueden obtener muchos beneficios y sobre todo tener en cuenta que en las máquinas, el uso de la combustión es un proceso muy útil.

Héctor miguel Sánchez Aguirre (Temas 1.4, 1.5, 1.6) Se concluyó que las mayorías de las reacciones de combustión de interés en ingeniería ocurren en procesos que tienen lugar a presión constante, aprendimos que los sistemas reactivos mantienen una continua interacción con su entorno. Sobre el poder calorífico superior concluimos que para poder aprovecharlo se necesitan calderas específicamente diseñadas para ello llamadas calderas de condensación, los otros tipos de calderas deben calcularse con el poder calorífico inferior.

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Daniel Ignacio Hernández Chávez (Temas 1.7, 1.8) La temperatura adiabática es la máxima temperatura que llega la flama de una combustión real de un combustible que puede alcanzar en ausencia de transferencia de calor, por razones termodinámicas. La estimación de la temperatura adiabática debe realizarse en función de la composición de las especies presentes en la flama, que a su vez la misma temperatura depende de la misma. El rango del cálculo de la temperatura adiabática se hace a partir del su límite super ior, hasta el límite inferior de inflamación con aire atmosférico como comburente. Una de las consecuencias de esta ley es que la generación de entropía de cualquier proceso adiabático es mayor o igual a cero, además de la aplicación se prueba en un reactor adiabático el flujo estable, si la generación de entropía es positiva, de ser así esta manera la reacción es fiable. Sin embargo si la generación de la entropía calculada resulta negativa, entonces la reacción propuesta no es posible.

Erick Hernández Mejía (Temas 1.9, 1.10, 1.11) En conclusión podemos decir que la presión atmosférica igual es algo fundamental en el desarrollo de la combustión y nosotros como profesionales debemos de saber este punto muy importante, ya que si no tenemos las precauciones importantes, podemos causar un accidente no deseado y es lo último que una persona qui siera que sucediera, por ende con lo leído anteriormente, debemos de capacitarnos de manera adecuada ya que en el menor de los casos nuestra cedula profesional ésta en juego.  A parte de la presión atmosférica también debemos de tomar en cuenta un análisis en el proceso de combustión, ya que a pesar de tomar en cuenta la variable presión, también tenemos que saber la cantidad de sustancia a utilizar y la producida durante la combustión, esto nos puede ayudar para evitar desperdiciar sustancia y al mismo tiempo podemos reducir la emisión de gases al ambiente. Como último punto vimos lo que son las normas que intervienen en cualquier proceso de combustión y su emisión de gases, estas normas están desarrolladas para la reducción de gases que emiten las máquinas y equipos térmicos. A pesar de que las industrias tienen que respetar las reglas, ellos también van mirando en no tener pérdidas por no tener calibradas sus máquinas, ya que esto les cuesta que sus ingresos bajen y es lo que menos quieren. En conclusión las normas no solo sirven para el control de emisión de gases, también están diseñadas a fin que las empresas no tengan perdidas económicas, y así no hay disgustos por las grandes corporaciones que existen en el planeta y son una de las causantes del calentamiento global.

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BIBLIOGRAFIA

http://conceptodefinicion.de/combustible/ https://solar-energia.net/definiciones/combustibles--fosiles.html   https://es.scribd.com/doc/128819441/Procesos-de-Combustion-Teoricos-yReales   https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2009/02/tema-8combustic3b3n.pdf   http://petromercado.com/blog/37-articulos/105-poder-calorifico-inferior-ysuperior.html http://www.redalyc.org/pdf/4435/443543727006.pdf

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http://termodinamic2.blogspot.mx/

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