Análisis del Proceso de Combustión de las Mezclas de Petróleo Diesel

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