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Autores: CUBAS CUBAS, Jhoan Miguel MARCOS HUATUCO, Rubén OLIVERA MACEDO, Lorena Luz

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica de Fluídos. ANÁLISIS DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE LAS MEZCLAS DE PETRÓLEO DIESEL 2 CON BIODIESEL DE SOYA, ALGODÓN Y GIRASOL EN COCINAS NO CONVENCIONALES. Autores: CUBAS CUBAS, Jhoan Miguel

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Autores: CUBAS CUBAS, Jhoan Miguel MARCOS HUATUCO, Rubén OLIVERA MACEDO, Lorena Luz

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Presentation Transcript

  1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica de Fluídos ANÁLISIS DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE LAS MEZCLAS DE PETRÓLEO DIESEL 2 CON BIODIESEL DE SOYA, ALGODÓN Y GIRASOL EN COCINAS NO CONVENCIONALES • Autores: • CUBAS CUBAS, Jhoan Miguel • MARCOS HUATUCO, Rubén • OLIVERA MACEDO, Lorena Luz • SIVIPAUCAR GOMEZ, Clodoaldo Marcos Asesor: Ing. Valderrama Romero, Andrés; Ph.D.

  2. 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 .

  3. 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.

  4. Fotografías de los equipos e instrumentos para los ensayos experimentales Cocina no convencional Mezclas de diesel 2 con biodiesel Pulverizadores 1, 2, 3, 4 y agujas respectivas

  5. Adaptación de la cocina no convencional para los ensayos experimentales Instrumentos empleados Termómetro digital Manómetro

  6. 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: C x H y + b O 2 + c N 2 d CO2 + e H2O + f N 2

  7. 1.2Combustión 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. Cx Hy + B (O2 + 3.76 N2) dCO2 +e H2O + f N2 + gO2

  8. 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. º

  9. 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

  10. Metodología 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

  11. 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

  12. Masa de aire real Masa de aire teórico

  13. 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

  14. 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

  15. Resultados de % CO 2 , relación H/C , Nº WOOBE

  16. % CO2 emitido en la combustión de la mezclas Diesel 2 y biodiesel que presentan mayor eficiencia trabajando con los pulverizador 1 y 2 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

  17. % CO2 emitido en la combustión de la mezclas Diesel 2 y biodiesel que presentan mayor eficiencia trabajando con los pulverizador 3 y 4 El mayor porcentaje de CO2 emitido se presenta en la combustión de la soya B20; y el menor porcentaje de CO2 emitido se presenta en la combustión de algodón B50

  18. Porcentaje CO2 emitido en la combustión con un 50% de aire en excesorespecto al porcentaje de biodiesel presente en la mezcla Dióxido de carbono disminuye en la combustión de la mezcla diesel 2 y biodiesel de algodón en comparación con las otras mezclas.

  19. El incremento del porcentaje de biodiesel en la mezcla, permite incrementar la densidad energética, determinada a través de la relación H/C.

  20. Explicar abajo los cuadros La cantidad de energía disponible en la combustión a través del inyector (pulverizador), determinado con el número Wobbe, disminuye con el incremento del porcentaje de biodiesel en la mezcla.

  21. 1. Temperatura de la flama D2 + BIODIESEL DE SOYA Temperaturas de la flama para el cálculo del calor

  22. 2. Temperatura de la flama D2 + BIODIESEL DE GIRASOL

  23. 3. Temperatura de la flama D2 + BIODIESEL DE ALGODON

  24. Calor aprovechado durante el proceso de combustión de las mezclas Para evaluar la cantidad de calor aprovechado por las mezclas de Diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón, se deberá considerar la relación siguiente: Q aprovechado: calor total entregado al agua durante la combustión Q convección 1: calor entregado al agua por convección a través del área libre Q convección 2: calor entregado al aguapor convección a través del área de contacto con la tetera Q radiación 1: calor entregado al agua por radiación

  25. Para evaluar la cantidad de calor perdido durante la combustión por las mezclas de Diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón, se deberá considerar la relación siguiente Calor Perdido Q perdido: calor perdido durante la combustión Q radiación 3 : calor perdido por radiación al aire Q radiación 2: calor perdido por radiación cuando la flama choca con la superficie de la tetera

  26. El mejor aprovechamiento del calor desprendido, se produce durante la combustión de las mezclas de soya B20, girasol B20 y algodón B30.

  27. Eficiencia de la Combustión La eficiencia en la Combustión de la mezcla de Diesel 2 con Biodiesel de Soya, Girasol y Algodón, se determina empleando la fórmula siguiente:

  28. La eficiencia máxima se alcanza con la combustión de una mezcla con 30% de biodiesel de soya y algodón

  29. Variación del poder calorífico de las mezcla Diesel 2 y Biodiesel de soya, girasol, algodón Con un menor porcentaje de biodiesel en la mezcla se obtiene un mayor poder calorífico (Hu); además las mezclas de diesel 2 y biodiesel de soya y girasol al 10 % presentan mayor Hu en comparación con la mezcla de diesel 2 y algodón al 10%

  30. Conclusiones • Se ha demostrado que las mezclas de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón tienen similar comportamiento que un combustible diesel convencional proveniente de un hidrocarburo. • La cantidad de energía disponible en la combustión a través del inyector (pulverizador), determinado con el número Wobbe, disminuye con el incremento del porcentaje de biodiesel en la mezcla • La densidad energética de un combustible, determinada a través de la variación de la relación de H/C, para las mezclas de Diesel 2 y biodiesel de soya, girasol y algodón se incrementa conforme se incrementa el porcentaje de biodiesel en la mezcla

  31. Conclusiones • La eficiencia máxima de la combustión se alcanza con el 30% de las mezclas de diesel 2 con biodiesel de soya y algodón. Asimismo, con el 50% de las mezclas de diesel 2 con biodiesel de girasol. • La concentración del dióxido de carbono en los gases de la combustión disminuye drásticamente en comparación al diese 2 solo, logrando disminuir el impacto ambiental en el aire atmosférico.

  32. PIC Programa de Iniciación Científica Gracias consultas y sugerencias consultas@cedit-termofluidos.com cedit.unmsm@hotmail.com www.cedit-termofluidos.com

  33. Flama inestable AlgunosIntensidad de la flama Medición de la longitud de la flama Flama optima Pulverización de la mezcla

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