Principios Termodinámicos de la Combustión: PCI, Balance de Energía y Rendimiento en Calderas
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COMBUSTIÓN
¿QUÉ DIFERENCIA ENCONTRAMOS ENTRE EL BALANCE DE ENERGÍA EN UNA CALDERA Y EN UNA CÁMARA DE COMBUSTIÓN Y POR QUÉ?
En una caldera el balance incluye un término de calor porque su función es transferir energía al agua o vapor. En cambio, en una cámara de combustión no aparece transferencia de calor, ya que se considera adiabática: toda la energía del combustible se queda en los gases aumentando su entalpía.
¿EN QUÉ CONDICIONES SE CALCULA EL PCI Y QUÉ CORRECCIONES HAY QUE REALIZAR CUANDO NO SE DAN?
El PCI se define con reactivos y productos a 25 ºC y el agua de la combustión en forma de vapor. Si estas condiciones no se cumplen, hay que corregir las entalpías por la diferencia de temperatura y añadir el calor latente si parte del vapor condensa.
¿CÓMO SE PODRÍA CALCULAR LA TEMPERATURA ADIABÁTICA DE LLAMA SABIENDO QUE SE DEFINE PARA UNA CÁMARA DE COMBUSTIÓN ADIABÁTICA?
T adiabática de la llama: es la T max que alcanzan los productos si la cámara no pierde ni gana calor y la reacción es completa.
La temperatura adiabática de llama Tad se obtiene imponiendo balance de entalpía en la cámara adiabática: la entalpía total de reactivos = entalpía total de productos a Tad. Se resuelve iterativamente porque cp y la composición (y posible disociación) dependen de la temperatura.
¿CUÁL ES EL ORIGEN DEL VAPOR AGUA EN LOS HUMOS?
El vapor de agua se origina principalmente porla combustión del H presente en el cble, que al reaccionar con el O del aire forma agua en estado de vapor, y también por la evaporación de la humedad contenida en el propio combustible o en el aire de combustión; por eso cuánto mas H o humedad tenga el cble, mayoor sera la cantidad ed agua en los gases de salida.
CÓMO SE CALCULA LA CANTIDAD DE AGUA CONDENSADA DE LOS HUMOS, Y POR QUÉ OCURRE?
La cantidad de agua condensada se calcula a partir del vapor total generado en la combustión, restando el que sigue en vapor a la temperatura final de los humos. Condensa cuando los gases se enfrían por debajo del punto de rocío.
¿POR QUÉ MOTIVO UNA CALDERA DE CONDENSACIÓN PUEDE TENER UN RENDIMIENTO MAYOR QUE LA UNIDAD?
Una caldera de condensación puede tener un rendimiento mayor que 1 (o >100 %) respecto al PCI porque aprovecha el calor latente del vapor de agua presente en los gases de combustión al condensarlo. Esto extrae energía adicional que en una caldera convencional se perdería por los humos calientes.
¿CÓMO SE PLANTEA EL BALANCE DE ENERGÍA EN FUNCIÓN DE PCI CUANDO PARTE DEL VAPOR DE AGUA DE LOS GASES CONDENSA?
Con PCI, el balance incluye la energía del combustible más el calor latente del vapor de agua que se condensa: Q útil =PCI+mH2O,condensada⋅α·λ; α= fracción que condensa y λ= calor latente, porque al condensarse el vapor se libera calor adicional que aumenta el rendimiento de la caldera.
¿CÓMO SE CALCULA LA CANTIDAD DE AGUA CONDENSADA DE LOS HUMOS Y POR QUÉ OCURRE?
Se calcula restando del total de vapor de agua generado la parte que permanece en vapor a la temperatura final; condensa porque al enfriarse los humos el exceso de vapor pasa a líquido.
¿QUÉ ES EL EXCESO DE AIRE Y CÓMO SE EXPRESA?¿POR QUÉ SE EMPLEA UN EXCESO DE AIRE EN LA COMBUSTIÓN?
El exceso de aire es el aire que se aporta por encima del necesario para quemar todo el combustible; se expresa como fracción o porcentaje sobre el aire estequiométrico y se usa para asegurar combustión completa y reducir CO.