EL COMBUSTIBLE Y SUS REACCIONES QUMICASHaga clic para modificar el estilo de subttulo del patrn

5/15/12

Integrantes

Cusman Castillo Luis Eduardo Olazabal Martnez Franco David

5/15/12

GeneralidadesFormacin externa mezcla carburad or de Aire-combustible que se suministra atreves de la vlvula de admisin deber evaporarse y formar mescla homognea el combustible se introduce directamente al cilindro El suministro de combustible tiene lugar al final de la compresin En estas condiciones hay que asegurar una buena pulverizacin del combustible

Motores de combustin internaCon formacin interna de mezcla (DIESEL)

5/15/12

Mezcla externa

Mezcla interna

5/15/12

Garantizar un rpido y seguro arranque del motor independiente del medio exterior.

El combustible

Permita realizar el proceso de combustin sin formacin de sarro y carbonilla sobre la superficie de la cmara de combustin.

Disminuya el desgaste y corrosin del espejo del cilindro, anillos del embolo y del pistn.

Asegure una completa y segura combustin y la disminucin de la cantidad de componentes txicos

Los combustibles que mejor satisfacen a dichos requerimientos son los lquidos y los gases, los combustibles slidos se pueden emplear despus de una previa gasificacin en un equipo generador de gas.

5/15/12

Nociones breves sobre la estructura y composicin de los combustiblesCombustible liquido (5-30 tomos de C)

Principales componentes del petrleo

CHq q q q q

Consisten en una mescla de hidrocarburos que difieren en su estructura molecular que es la que muestra la estructura qumica. Su estructura molecular es la que determina propiedades fsico - qumico del combustible e influye en los procesos de evaporacin, inflamacin, y combustin del mismo.

n

Hidrocarburos en serie. Parafinas (alcanos ) 2 n + 2 Cn H Naftenicas tipo

CHn

2n

Aromticos tipo C

n

H

2 n6

y C n H 2 n 12

2n

5/15/12

.

q

84 85 % C. 12 14 % H. conformado adems por nitrgeno, oxigeno, azufre.

% de elementos del petrleo

q

q

el aceite diesel y kerosene contienen hasta 30 tomos de carbono y la gasolina contiene 5 12.q

En el petrleo se encuentran conjuntamente

n - alcanos y sus hidrocarburos ismeros (i alcanos)q

sus tomos de carbono en la molcula forman cadena ramificada.q

cuanto mas compacta sea la molcula de hidrocarburo mayor ser su resistencia antidetonante caracterizada por el numero de octanos.q

5/15/12

Dibujos butano-iso butano, octano-isooctano

Buta no

Isobuta no

Octa no 5/15/12 Isoocta no

En la gasolina empleada en los motores de chispa

es mas conveniente tener dentro de sus componentes a los (i-alcanos) ya que poseen menor tendencia a la detonacin.q

el isooctano se utiliza para evaluar la calidad detonante del combustible.q

En el combustible diesel

los componentes mas valiosos son n-alcanos que poseen una temperatura de autoinflamacin mas baja, en comparacin con los ismeros.q

en calidad de combustible diesel emplea fracciones mas pesadas de petrleo.q

5/15/12

las molculas cclicas aseguran mayor resistencia a la inflamacin del combustible.q

Cuando la gasolina contiene molculas cclicas su resistencia antidetonante C 5 H 10 incrementa.q

los hidrocarburos aromticos en la gasolina benceno tolueno antidetonante. ejemplo benceno, tolueno.q

aumenta

la

resistencia

Composicin qumica del combustiblees el contenido msico o volumtrico de cada elemento en el combustible. en combustibles lquidos se adoptado expresar en unidades de masa.

q

q

1kg de isooctano = 0.842kg de C + 0.158kg H

5/15/12

en combustibles gaseosos se adoptado expresar en unidades volumtrica o en moles unos carburantes y otros inertes.q

metano, hidrogeno libre, oxido de carbono.q

Gases comprimidos Compuestos de:

gases incombustibles (inertes) como nitrgeno, gas carbnico, oxigeno, etc.q

Los motores de automviles

Estos pueden estar comprimidos a temperatura normal hasta una presin elevada de 20 Mpa y no pasar a estado liquido. emple an

Gases licuados compuestos de:

propano, butano normal ismero.q q

y su

son productos petrolferos del gas de entubacin y del gas natural.

5/15/12

los gases con alto calor de combustin son el gas natural y el gas derivado del petrleo.q

los gases licuados en comparacin con los gases comprimidos se caracterizan por tener mayor concentracin trmica de energa por unidad de volumen y menor presin en botellas a T=15 C Pb=1.6 Mpa.q

Combustibles gaseosos en los motores de los automvilesSe transportan en botellas como: Gas comprimido Se suministra desde la botella a travs de un calentador y una vlvula de reduccin q la presin disminuye hasta 0.1 Mpaq q

Gas licuado Se suministra desde la botella a travs de un intercambiador calor-vaporizador y una vlvula de reduccin

5/15/12

5/15/12

Breves nociones sobre la propiedades del combustibleq

su composicin fraccionada. tensin de vapor. Tensin superficial.

Volatilidad del combustible

depen de

q

q

q

Calor de vaporizacin.

Se determina

calentado el combustible y seleccionando sucesivamente las fracciones que se volatilizan en determinada temperaturaq

La composicin fraccionada del combustible en relacin a la temperatura de denomina CURVA DE DESTILACION.q

5/15/12

% 80 Vitalidad del combustible 60 1 2 3

40 20

0

100

200

300

T,C

Curvas de destilacin fraccionada de diversos combustibles 5/15/12

Resistencia a la detonacin e inflamacin del combustible

el proceso transcurre anormalmente (combustin detonante) en caso de que la combustin detonante se efectu a excesiva velocidad.q

Golpeteo Recalentamiento Destruccin de principales q

aparecien do piezas

La aparicin de la detonacin adems de la condicin de funcionamiento depende de:

La tendencia del combustible ala combustin detonante que es variable para diferentes gasolinas en funcin de su estructura. para aumentar el poder antidetonante de la gasolina se emplea un aditivo al combustible (fluido de etilo) limitado por su toxicidad.q

La resistencia de la gasolina se evala por el numero o ndice de octano(N.O) que es igual al porcentaje en volumen del isooctano(2.2.2.4-trimetilpentano)q posee la mxima resistencia en una mezcla con n-heptano que es muy propenso a la detonacin.

5/15/12

el combustible se inyecta al aire calentado como resultado de la compresin .q

En un motor diesel

Principal requerimiento para el combustible es la facilidad de inflamacin al entrar en contacto con el aire caliente.q

La propiedad se evala por el intervalo mnimo entre el instante en que se inyecta el combustible y en el instante en que se inflamaq

A esto se le conoce como RETARDO INFLAMACION dependiendo no solo de condiciones de funcionamiento sino de propiedades fisico-quimicas del combustible.q q

DE las las

Por el numero de cetano (N.C) para condiciones iguales al final del proceso. La inflamacin del combustible se aprecia: N.C se determina por la duracin del retardo de inflamacin.q

cuando mas alto sea el ndice de cetano tanto menor ser el retardo de inflacinq

5/15/12

5/15/12

Reacciones qumicas de combustin del carburanteReacciones qumicas de combustin completa del carburante liquida

Como la combustin es completa resultado del C, H, O se forman anhdrido carbnico y vapor de aguaq

q

En kg

C +O = CO 2H + O = 2H O2 2 2 2

8 11 C kg (C)+ C kg O = C kg (CO2) 3 3 H kg (H2)+ 8H kg O = 9H kg (H2O)2 2

q

En kmol

C kg (C)+

5/15/12

C C kmol O = kmol (CO2) 12 12 H H H kg (H 2)+ kmol O = kmol (H 2O) 4 22 2

Determinacin de la cantidad de aire necesaria para que se queme totalmente el carburante

la menor cantidad de oxigeno suministrada al combustible para su completa oxidacin de denomina carburante.q

Para la combustin completa de 1kg de combustible se necesita la siguiente cantidad de oxigeno:v

Oo = En kmol Oo =

8 + C 8 H O 3 C +H 12 4

C

Oc 32

5/15/12

v

Cantidad terica de oxigeno.

1 8c + 8c Oc l = 0.23 3 o

1 C + H Oc = L 0.21 12 4 32 o

la masa molecular del aire aparente u = 28.97

l = u.L = 28.97 Lo o

o

la cantidad teorica de aire l O ( Lo) necesaria puede ser hallada de las caracteris ticas del combustibl e B

Oc ) 2.31( H 8 B= C C = (0.79 + B) l 5/15/12 1.99O

Reacciones qumicas de combustin completa de carburantes gaseososLa reaccin de oxidacin de los componentes se expresan por la ecuacin.v

1 mol Cn H m Or + (n +EJEMPLO C 2 H 4v

m r m = n mol de CO + ) mol O mol H 2O 4 2 2 4 + (2+ ) mol O = 2 mol de CO + 2 mol H 2O 1 mol C H 42 2 2 4 2 2

Cantidad terica de aire (mol o m^3) para la combustin 1 mol o 1 m^3 de combustible se determina.

m n 1 (n + 4 )C n H mO r L= 2 0.21 C H O fracciones volumetricas de componente s separados en el combustibl e gaseosoo n m r

5/15/12

Coeficiente de exceso de aire ()Aire REALMENTE consumido F(X ) -Tipo de formacin de la mezcla. -Condiciones de encendido y combustin. -Rgimen de funcionamiento >,= < que la necesaria tericamente para la combustin completa. Cantidad real de aire Cantidad terica de aire necesaria (para 1Kg carburante. )

Es la relacin de

5/15/12

=(l/lo) =(L/Lo) L (Kmol) y l (Kg)

Si =1

La mezcla es estequiomtrica (l=lo) ;(L=Lo)

Si 1

Exceso de oxigeno (Mezcla pobre)

5/15/12

Motores a gasolina con regulacin combinada La mariposa totalmente abiertaSe logra

cuan do

La mxima potencia Enriqueciendo la mezcla =0.85-0.9 =1(combustin completa) En motor de encendido por chispa. La cantidad total de mezcla carburante (Kmol) en caso de combustin completa de 1Kg de carburante es :

Donde c es la masa molecular del combustible En motor diesel debido al pequeo volumen que ocupa el combustible lquido no consideramos c Para el combustible gaseoso: Para cualquier combustible la masa de la mezcla: 5/15/12

Cuando el combustible arde totalmente (>=1) los productos de la combustin son(Kmol):

Oxigeno suministrado (Kmol) Sabiendo que: Entonce s:

Oxigeno que particip en reaccin(Kmol) Y que

5/15/12

Reemplazan do:

Sabiendo que: Entonce s:

Despus de las transformaciones correspondientes obtenemos: Para la compresin estequiomtrica de la mezcla =1

5/15/12

Entonces para cualquier valor de >1, la cantidad de los productos de combustin (Kmol): Masa de nitrgeno sobrante Mas la cantidad de aire sobrante Masa de oxigeno sobrante Es igual a

Se infiere que cuando >1 la cantidad de productos de combustin

La masa de los productos de combustin en Kg al quemar 1Kg de carburante:

5/15/12

Cantidad de productos de la combustin al quemar un combustible GASEOSO Para 1 mol o (1m3) de combustible gaseoso, cada componente, ser:

Entonce s: Sabiendo que: Quedan do 1 Para =1 Entonce s: 5/15/12Aire sobrante que no participo en la combustin

Composicin de los productos de la combustin siendo =1

Estos componentes Sobre influyen el Efecto trmico insignificantemente de la reaccin Disminuye debido a la formacin de CO Contaminan medio ambiente Perjudican salud del hombre Variad a Neutralizaci n de gases de escape

Cuando