Cuestionario Previo Practica 3 Lmt

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Mendoza Hernández Diego Eduardo Grupo :24 Cuestionario Previo Practica #3 Combustión 1.- ¿Qué es la combustión? La combustión es un proceso de oxidación mediante el cual una sustancia combustible libera su energía latente en forma de calor y luz al entrar en contacto con el elemento comburente; éste puede ser oxígeno puro o bien oxígeno que se toma de un compuesto químico como el ácido nítrico o el perclorato de amoniaco. El comburente no necesariamente deberá de ser oxígeno, ya que también sustancias como el fluor al entrar en contacto con el hidrógeno reaccionan provocando un proceso de combustión. 2.- ¿Qué es un combustible? Los combustibles son sustancias que pueden proporcionar energía calorífica apta para producir trabajo mecánico; según su estado se clasifican en sólidos, líquidos o gaseosos. 3.- Qué tipos de combustibles existen Los combustibles sólidos comprenden las distintas clases de carbón; éste puede ser de origen orgánico o inorgánico. Estos combustibles generalmente están constituidos por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, humedad y cenizas. Algunos de los combustibles sólidos son: la antracita, semiantracita, carbón bituminoso, lignito, etc.

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Cuestionario Previo

Practica #3 Combustión

1.- ¿Qué es la combustión?

La combustión es un proceso de oxidación mediante el cual una sustancia combustible

libera su energía latente en forma de calor y luz al entrar en contacto con el elemento

comburente; éste puede ser oxígeno puro o bien oxígeno que se toma de un compuesto

químico como el ácido nítrico o el perclorato de amoniaco. El comburente no

necesariamente deberá de ser oxígeno, ya que también sustancias como el fluor al entrar

en contacto con el hidrógeno reaccionan provocando un proceso de combustión.

2.- ¿Qué es un combustible?

Los combustibles son sustancias que pueden proporcionar energía calorífica apta para

producir trabajo mecánico; según su estado se clasifican en sólidos, líquidos o gaseosos.

3.- Qué tipos de combustibles existen

Los combustibles sólidos comprenden las distintas clases de carbón; éste puede ser de

origen orgánico o inorgánico. Estos combustibles generalmente están constituidos por

carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, humedad y cenizas. Algunos de los

combustibles sólidos son: la antracita, semiantracita, carbón bituminoso, lignito, etc.

Los combustibles líquidos y gaseosos se componen básicamente de carbono e hidrógeno

y reciben el nombre de hidrocarburos. Estos combustibles generalmente se derivan del

petróleo, el cual es el resultado final de la acción del tiempo, presión y temperatura sobre

sustancias de origen orgánico.

El petróleo consta de una mezcla de hidrocarburos que varía del 50 al 98%; éstos son:

Familia Formula Estructura

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Parafinas Cn H 2n+2 Cadena saturada

Olefinas Cn H2n Cadena no saturada

DiolefinasCn H 2n-2

Cadena no saturada

NaftenosCn H2 n

Anillo saturado

aromaticosCn H 2n-6

Anillo no saturado

El resto consta de materias orgánicas que contienen oxígeno, nitrógeno y azufre, así

como compuestos metálicos. De esta mezcla se obtiene una densidad específica que

varía de 0.8 a 0.95.

Se dice que un hidrocarburo está saturado cuando todos sus átomos de carbono están

unidos por una simple ligadura. Un hidrocarburo se considera no saturado cuando los

átomos de carbono están unidos por una doble o triple ligadura.

Debido a que la energía liberada por el combustible se obtiene básicamente por la ruptura

de dichas ligaduras, se puede apreciar que al contar con un mayor número de éstas se

tendrá un incremento en la energía liberada.

Los hidrocarburos se caracterizan por tener un enlace covalente el cual consiste en

compartir los electrones del último nivel energético a fin de alcanzar una estructura

electrónica estable.

La serie de hidrocarburos parafínicos comienza con el metano (CH4); el siguiente

hidrocarburo de la serie tiene un átomo más de carbono y dos más de hidrógeno unidos a

él.

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Las olefinas tienen cadena abierta como las parafinas; pero existe algún enlace doble que

puede estar entre dos átomos de carbono cualesquiera:

Las diolefinas tienen una estructura análoga a las olefinas; pero existen dos dobles

enlaces. En consecuencia, estas moléculas se encuentran menos saturadas que las

olefinas. Los números que preceden el nombre de la molécula indican la localización de

los enlaces dobles:

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La serie nafténica de los hidrocarburos tiene sus átomos de carbono unidos por enlaces

simples, cada uno de ellos unido a los dos adyacentes, formando así una estructura de

anillo:

La serie aromática de hidrocarburos forma una estructura de anillo con tres dobles

ligaduras, llamada anillo bencénico:

Como ejemplo de algunos combustibles líquidos y gaseosos se tiene:

a. Líquidos: b. Gaseosos:

gasolina metano

alcohol etano

keroseno propano

diesel butano

etc. pentano

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4.- Qué es el índice de octano?

El índice de ignición de un combustible es una de las características de mayor importancia

que depende de la naturaleza química de éste. En el caso de las gasolinas se denomina

índice de octano y del aceite diesel índice cetano

.

Dicho índice determina la capacidad del combustible para soportar altas presiones y

temperaturas sin que exista autoignición o detonación. Para establecer la clasificación por

octanos se utiliza un motor monocilíndrico en el cual la velocidad, temperatura y riqueza

de la mezcla se mantienen constantes al probar los diferentes combustibles. Al iso-octano

(C8H18) se le asigna el valor de 100 por ser el combustible que soportó mayor presión y

temperatura: y al heptano normal (C7H16) el valor de cero puesto que en condiciones

normales de presión y temperatura se incendia. Los demás combustibles quedan en este

rango. Por ejemplo, un combustible que se comporta como el iso-octano se dice que tiene

100 octanos.

5.- Qué significa °Baume y °API. Cómo se  determinan?

Es la masa contenida por unidad de volumen; se mide en grados Baumé o grados API.

Las fórmulas para transformar el peso específico a las unidades anteriores son:

Determinando que al peso específico a 289 K/289 K se le llama gravedad específica (esto

es, el peso específico de la sustancia a 289 K dividido por el peso específico del agua a

289 K).

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6.- Cual es la composición del aire seco?

7.- ¿A qué se le llama nitrógeno atmosférico?

La mezcla de nitrógeno, argón, CO2, hidrógeno y gases inertes que están normalmente

presentes en el aire se denomina nitrógeno atmosférico. Debido a lo anterior, la

composición del aire seco puede escribirse como:

Aplicando la ley de Avogadro se obtiene que la relación molar entre el N2 y el 02 es la

misma que su relación volumétrica debido a que ambos son gases y se encuentran en

condiciones atmosféricas, esto es a la misma presión y temperatura.

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Por cada mol de 02 en el aire, se tienen 3.76 moles de N2.

Nota: Cuando el N2 incluye el argón y los demás gases que se encuentran en pequeñas

cantidades en el aire (por lo cual no se consideran en nuestro estudio), se puede obtener

mayor exactitud asignándole al nitrógeno un peso molecular de 28.2, en vez de 28.0 que

le correspondería en estado puro.

8.- Cuál es el principio de funcionamiento de los analizadores de gases?

La medición de los gases es la determinación del peso molecular de dichos

contaminantes emitidos por el escape de un vehículo. Para realizar la medición el

analizador debe de tener algunos componentes esenciales, los cuales son dictados a

continuación:

• Sonda de prueba: de vidrio o de acero inoxidable con una longitud suficiente para

recorrer los puntos de muestreo. La sonda de muestreo debe estar diseñada para evitar

la condensación.

• Línea de muestra: tubería no reactiva, diseñada para transportar el efluente desde la

sonda de prueba al sistema de remoción de humedad.

Sistema de remoción de humedad: si la proporción de NO2 a NOx es mayor al 10% se

requiere de un condensador enfriado o un instrumento parecido, para remover el

condensado de manera continua del gas de muestra.

• Filtro de material particulado: se deben colocar filtros situados antes de la entrada del

analizador para prevenir la acumulación de material particulado en el sistema de

medida y extender la vida útil de los componentes. Todos los filtros deben ser

fabricados de materiales que sean no reactivos con el gas que se analiza.

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• Bomba de muestreo: es una bomba a prueba de fugas que impulsa la muestra gaseosa

dentro del sistema a una velocidad de flujo que minimice el tiempo de respuesta del

sistema de medida.

• Analizador de gases: es un instrumento que contiene celdas electroquímicas para

determinar la concentración de NO, NO2, CO y O2 en la corriente de muestra de gas.

9.- Qué tipo de analizadores existen?

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ANALIZADOR DE ORSAT: Es un aparato que se utiliza para determinar los porcentajes

en volumen de CO, CO2 y O2 presentes en los gases producto de la combustión (figura

3.1). La botella C, que contiene agua, se comunica con la bureta B por un tubo de caucho.

Levantando o bajando la botella se hace que el agua entre en la bureta o salga de ella.

Para hacer el análisis, primero se desaloja el aire de la bureta y de los conductos o pasos

anexos, empujando con el agua de C. Luego se introduce en la bureta B una muestra de

los productos de combustión. Durante estas operaciones preliminares, las válvulas de

aguja, N1, N2, N3, que establecen la comunicación con los recipientes de las disoluciones

D, E y F, han sido cerradas. Después, con la válvula N1 abierta, se obliga a la muestra de

gases de la bureta a entrar en el

recipiente D levantando la botella C. En

D hay una solución de potasa cáustica

que absorbe el anhídrido carbónico de

los gases (CO2), dejando pasar sin

alterar los otros constituyentes. El gas

restante se retorna a la bureta B bajando

la botella C y se anota la pérdida de

volumen. En forma sucesiva, se obliga al

gas a entrar en los recipientes E y F. En

el primero hay una disolución de ácido

pirogálico en una solución de dióxido de

potasio, la cual absorbe el oxigeno; en F

hay una disolución de cloruro cuproso en

amoniaco, la cual retendrá el monóxido

de carbono. Se supone que el resto del

gas es nitrógeno, o bien, se hace una estimación de los demás productos.

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MEDIDOR DE CO2

El medidor de CO2 es un aparato simple formado por un paralelogramo de plástico

transparente en el interior del cual se encuentran dos cilindros de diferente diámetro

comunicados entre si por un sifón. El cilindro de mayor diámetro sirve para almacenar el

liquido que absorbe el CO2 y el de menor diámetro para medir el % de CO2 absorbido.

Sobre el cilindro mayor hay una válvula que permite el paso del gas producto de la

combustión y sobre el menor otra válvula para venteo. A la derecha del medidor se tiene

una escala móvil para obtener la lectura de CO2 y en ese mismo lado en la parte inferior

existe un tapan roscado que se utiliza para sacar el liquido cuando haya necesidad de

cambiarlo.

El medidor también incluye una manguera para conectarlo al escape de la máquina y la

bomba a fin de suministrar el gas producto de la combustión.

Manejo

a. Presione sobre las válvulas de admisión y venteo, suéltelas lentamente y coloque el

cero de la escala.

b. Coloque la manguera de suministro de gas, y el otro extremo en la válvula de admisión

y presiónese contra ella. Suministre 20 bombazos llenos lentamente; suelte la válvula de

admisión sin dejar de oprimirla en el último bombazo.

c. Mueva despacio el medidor hacia atrás y adelante varias veces, pero no se invierta.

d. Tome la lectura del % de CO2. Después de 500 pruebas o un año, la solución del

medidor debe reemplazarse.

10.- A qué se le llama relación aire combustible?

Es el número que expresa la cantidad, en masa o en volumen, de aire aspirado por un

motor de combustión para una cantidad unitaria de combustible. Dicha relación es función

del combustible, del tipo de motor, de su regulación y de la carburación.

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El valor ideal o teórico de tal relación es el correspondiente a la relación estequiométrica o

proporción exacta entre las masas de las substancias que forman parte de la reacción

para conseguir una completa combinación química. Cuando se trate de gasolinas

comerciales, dicha relación está comprendida entre 14,7 y 15,1 (es decir, unos 15 kg de

aire por cada kilogramo de gasolina). Sin embargo, dicha condición se cumple sólo en el

caso de reacción en condiciones teóricas o ideales, sin tener en cuenta la mayor o menor

rapidez con que se desarrolla efectivamente la combustión.

En los motores térmicos y, sobre todo, en los alternativos de tipo volumétrico, la reacción

se desarrolla en condiciones muy especiales y variables y, en el caso de encendido por

chispa, las modalidades de inicio de la reacción (generalmente una chispa eléctrica

prácticamente puntiforme) determinan que adquieran gran importancia otros aspectos de

la combustión, como la velocidad de la propagación de la llama y la inflamabilidad de la

mezcla.

11.- Cuál es la reacción de combustión estequiométrica?

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12.- ¿Qué son los gases de efecto invernadero?

Se denominan gases de efecto invernadero (GEI) o gases de invernadero a

los gases cuya presencia en la atmósfera contribuyen al efecto invernadero. Los más

importantes están presentes en la atmósfera de manera natural, aunque su concentración

puede verse modificada por la actividad humana, pero también entran en este concepto

algunos gases artificiales, producto de la industria. Esos gases contribuyen más o menos

de forma neta al efecto invernadero por la estructura de sus moléculas y, de forma

sustancial, por la cantidad de moléculas del gas presentes en la atmósfera.

Efecto invernadero

La atmósfera, por el hecho de ser muy transparente para la luz visible pero mucho menos

para la radiación infrarroja, produce para la superficie terrestre el mismo efecto que el

techo de cristal produce en un invernadero; la luz solar, que llega sin grandes obstáculos

hasta el suelo, lo calienta, dando lugar a que emita rayos infrarrojos (ondas caloríficas),

los cuales, a diferencia de los rayos de luz, son absorbidos en gran parte por el vidrio o la

atmósfera. Al final la cantidad de energía emitida al espacio tiene que ser la misma que la

absorbida, pero la superficie terrestre tiene que alcanzar la temperatura en que ambos

flujos se equilibran, la cual es más alta en presencia de una atmósfera (en un planeta) o

de techos de cristal (en un invernadero; aunque en realidad el cristal de un invernadero

protege de la pérdida de calor más porque interrumpe la circulación del aire, que porque

sea opaco a los rayos infrarrojos).

13.- Efectos dañinos de los procesos de combustión en el medio ambiente

El calentamiento global causado por los gases de efecto invernadero y la putrefacción de

plantas y vegetación que son la principal fuente de oxigeno en el planeta. También

problemas en la salud de las poblaciones como problemas respiratorios y de irritación en

piel y ojos a causa de gases y lluvia acida. Deterioro en edificios y monumentos por lluvia

acida.

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14.- Normas emitidas para la regulación de las emisiones contaminantes dictadas por la

SEMARNAT, STPS, SENER, ETC.