teoria combustiei

8/20/2019 teoria combustiei

http://slidepdf.com/reader/full/teoria-combustiei 1/5

1. INTRODUCERE ÎN TEORIA COMBUSTIEI

1.1. Chimia si fizica procesului e com!us"ie

Di# pu#c" e $eere chimic% com!us"ia es"e u# proces e&o"erm e o&iare% 'n care anumitesubstante reactioneazã, mai mult sau mai putin violent, când se combinã cu oxigenul în stare liberã si careduce la producerea unei mari cantitãti de cãldurã si, frecvent, de luminã.

Substantele care reactioneazã în acest mod sunt denumite com!us"i!ili, iar reactia este cunoscutã subnumele de com!us"ie. Se considerã cã oxigenul, fãrã de care combustia nu poate avea loc, întretinearderea. Principalele componente care sunt prezente în combustibilii utilizati în mod curent sunt: carbonul (C,!idrogenul ("#, monoxidul de carbon (C$, metanul (C"%, alte !idrocarburi în afarã de metan(Cm"n,oxigenul ($#, azotul (&#, dioxidul de carbon (C$# si apa ("#$.

Printre aceste componente, cele combustibile reactioneazã în conformitate cu urmãtoarele reactii c!imice:

C ' $ C$# ' )*% + - mol S ' $# S$# ' #* + - mol # "# ' $# # "#$ ' #%# + - mol

C$ ' /-# $# C$# ' #0) + - mol C"% ' # $# # "#$ ' C$# ' 01) + - mol

Cm"n ' (m ' n-% $# n-# "#$ ' m C$# ' xxx + - mol (2

$xigenul necesar reactiilor de combustie este asigurat de aerul atmosferic, a cãrui compozitie medie estedatã în urmãtorul tabel:

Compozi"ia meie a aerului a"mosferic

(aer usca" la )*+ ,% 1-1+ m!ar

3asã molecularã34

5 volum(m) - m)

5 masã(+g - +g

6zot, &# #0 0,10 7,7#

$xigen, $# )# #1,*7 #),/7

6rgon, 6 %1 1,*) /,#0

8ioxid de carbon, C$# %% 1,1) 1,1%9

6ltele 1,1/ 1,11%

n calculul reactiilor de combustie, se presupune cã aerul are urmãtoarea compozitie:

&# *5 (procenta; de volum

$# #/5

Posibilitatea fiecãrui combustibil de a<si elibera energia termicã este definitã de cãldura sa specificã decombustie. n general, putem spune cã puterea caloricã reprezintã cantitatea de cãldurã care este eliberatã

în procesul de combustie de cãtre / livrã de combustibil lic!id sau solid, sau de cãtre un picior cubic standar

de combustibil gazos. =xistã douã puteri calorice diferite:

• puterea caloricã superioarã• puterea caloricã inferioarã.

8iferenta dintre aceste douã valori reprezintã cãldura latentã de condensare a apei produse pe durataprocesului de combustie.

8eoarece apa este întotdeauna prezentã în produsele de combustie, este necesar sã se elibereze vaporii deapã sub formã de condens (anume sub formã de apã lic!idã, pentru a obtine cantitatea maximã de cãldurã



pe care o poate genera potential orice combustibil (puterea caloricã superioarã. n general, în procesul de combustie apa produsã este eliberatã în atmosferã sub formã de vapori în gazelearse, (ca urmare cãldura produsã prin condensarea apei se pierde, iar cãldura disponibilã este doar putereacaloricã inferioarã a combustibilului respectiv. Sã analizãm reactia de combustie a metanului:

C"% ' # $# # "#$ ' C$# ' cãldurã

Pentru un gaz perfect, un mol de gaz în conditii normale (1>C, / atm are întotdeauna acelasi volum, anume##,%/% litri. Ca urmare, este posibil sã se considere o reactie c!imicã dintre substante gazoase ca fiind o reactie c!imicãdintre volumele substantelor respective.

8acã ne reamintim cã în aer existã #/5 volume de oxigen, avem: / m)C"% ' (# m)$# ' ,7# m)&# # m)"#$ ' / m)C$# ' ,7# m)&# ' cãldurã

8eci, pentru fiecare m) de metan, cantitatea de aer teoretic care este necesarã pentru a permite reactiei sãaibã loc este de (# ' ,7# *,7# m). Considerând ecuatiile c!imice de combustie mentionate mai sus:

/ m) C"% necesitã # m)$#

/ m) "# necesitã 1,7 m)$#

/ m) C$ necesitã 1,7 m)$#

/ m) Cm"n necesitã (m ' n-% m) $#

?eferindu<ne la volumul de aer, cantitatea necesarã de aer stoic!iometric este:

/ m) C"% necesitã *,7# m) de aer stoic!iometric

/ m) "# necesitã #,)0 m) de aer stoic!iometric

/ m) C$ necesitã #,)0 m) de aer stoic!iometric

/ m) C"n necesitã %,9 (m ' n-% m) de aer stoic!iometric

Pentru combustibili în formã gazoasã, dacã definim:

@C$A, @"#A, @C"%A, @Cm"nA, @$#A procenta;ul volumetric al fiecãrei componente care este prezentã în amestecude gaz combustibil, avem:

Bolumul de aer teoretic 6tv @C$A x #,)0-/11 ' @"#A x #,)0-/11 ' @C"%A x *,7#-/11 ' %,9 x @S36 i(mi '

ni-% x Cm"nA-/11 < %,9 x @$#A-/11 , în care ultimul termen ia în considerare cantitatea de oxigen eventual prezentã în combustibil.

n practicã nu va fi niciodatã posibil sã se lucreze cu cantitatea stoic!iometricã de aer, dar va fi necesar sã seutilizeze o cantitate de aer efectiv care este întotdeauna mai mare decât cea teoreticã. =lementele esentiale ale combustiei sunt:

• combustibilul• aerul de combustie (oxigenul

• amorsa pentru aprindere

Pentru a initia arderea nu este necesar doar sã existe un contact între combustibil si aer, ci trebuie sã existede asemenea, un agent de amorsare a reactiei, ceea ce înseamnã cã o parte a combustibilului trebuie sã aib

o temperaturã mai mare decât punctul sãu de aprindere. Combustia va satisface regula "3T", anume:• timp (scurt• temperatura (ridicatã

• turbulentã (mare

Se cere o turbulentã considerabilã pentru un contact optim între combustibil si aer, astfel încât sã se obtinãarerea completã a combustibilului, pentru a asigura o flacãrã de înaltã temperaturã si un timp scurt decombustie.



Durbulenta scãzutã duce la un amestec necorespunzãtor între combustibil si aer, astfel încât este posibil caprocesul de combustie sã nu fie complet, asigurând o flacãrã de temperaturã foarte redusã, iarcombustibilului îi trebuie un timp îndelungat ca sã ardã (ca urmare apar !idrocarburi nearse.

1.). Com!us"ia '# prac"ic/

6mestecul perfect între combustibil si aer nu survine întotdeauna, c!iar si în conditii bune de amestec.Câteodatã, amestecarea dureazã prea mult, astfel cã amestecul a;unge într<o zonã în care temperatura esteprea scãzutã pentru a furniza suficientã cãldurã în vederea definitivãrii combustiei.

8acã se furnizeazã doar cantitatea de aer stoic!iometric, o parte a combustibilului nu arde si combustiarãmâne incompletã. Pentru a asigura o combustie completã, se furnizeazã aer în exces fatã de cantitateastoic!iometricã. n acest mod, fiecare moleculã de combustibil gãseste numãrul corect de molecule de oxigenecesare pentru înc!eierea combustiei.

6cest aer adãugat este denumit aer în exces, deci cantitatea efectivã de aer este egalã cu aerul teoretic plus

aerul în exces. Cantitatea de aer în exces utilizatã pentru combustia practicã depinde în general de mai multi factori (naturasi starea fizicã a combustibilului, forma camerei de combustie, tipul de arzãtor etc.E cantitatea de aer înexces este mare pentru combustibilii solizi si are valori mai mici pentru combustibilii lic!izi sau gazosi.

6m stabilit cã respectivele conditii optime pentru a garanta combustia completã a unor cantitãti mari decombustibil într<un spatiu limitat si în timp scurt presupun sã se lucreze cu aer în exces fatã de necesarul deaer teoretic.

8orim sã subliniem acum cã ocombustie optimã se realizeazã cu cea mai redusã cantitate de aer în exces

posibilã.

6er în exces înseamnã cã o parte din oxigen, nefiind utilizatã, va deveni o parte a fluxului de gaze arse,ducând la cresterea volumului total al acestuia. =xistã deci o valoare optimã pentru aerul în exces.

n cazul în care cantitatea de aer este prea micã, va fi prezent combustibil nears, datoritã combustieiincomplete (înregistrându<se astfel o risipã de combustibil si pericolul poluãrii atmosferei, în vreme ce ocantitate prea mare de aer produce o combustie completã, dar vor exista pierderi mai mari la cos (ducând lascãderea eficientei si la cresterea emisiei de oxizi de azot. Fona optimã este cea care combinã poluareaminimã cu cele mai reduse niveluri de combustibil nears si de pierderi la cos.



1.+. 0roce#"aul e o&i2e# si aer '# e&ces '# 2azele arse

Controlul aerului în exces este important pentru garantarea unei combustii corespunzãtoare. Prin mãsurareoxigenului prezent în gazele evacuate, este posibil sã se determine procenta;ul corect de aer în exces.

3ãsurarea procenta;ului de oxigen din gazele evacuate a înlocuit sistemul bazat pe mãsurarea procenta;ulude C$#. 6ceasta se datoreazã urmãtoarelor:

• oxigenul reprezintã o parte a aerului, în cazul în care continutul de oxigen este zero cantitatea de ae în exces este zeroE

• când se lucreazã cu lipsã de aer, procenta;ul de C$# creste proportional cu cresterea cantitãtii de aedar, dupã un maxim, procentul de C$# scade odatã cu cresterea cantitãtii de aer, aceasta înseamnã c

acelasi procenta; de C$# corespunde la douã niveluri diferite ale cantitãtii de aer de combustieE

• flexibilitatea functionalã ridicatã a sondei cu oxid de zirconiu a revolutionat si simplificat mãsurareacantitãtii de oxigen.

1.3. 4aze umee si 2aze usca"e

6pa este prezentã în fluxul de gaze evacuate sub formã de abur, care este produs prin combustia!idrogenului, de apa prezentã în combustibil si de umiditatea din aerul de combustie. n asemenea gaz se



numeste umed . 8acã gazul este rãcit la temperatura mediului ambiant, umiditatea condenseazã în formã lic!idã. Gazul astfe

separat se numeste uscat.

1.5. Co#s"a#"e carac"eris"ice ale com!us"i!ilor

Hiecare tip de combustibil este caracterizat de unele constante specifice. 6ceste constante sunt:

a raportul dintre volumul de gaze arse si volumul aerului de combustie (per unitatea decombustibil, relevant pentru combustia stoic!iometicã (umed.

! raportul dintre volumul de gaze arse si volumul aerului de combustie (per unitatea decombustibil, relevant pentru combustia stoic!iometicã (uscat.I

c procentul maxim volumetric al continutului de C$# în gazele arse (uscat pentrucombustia stoic!iometricã.

procentul pierderilor datorate cãldurii latente (pierderi de umiditate.

e factorul de combustie relevant pentru compozitia combustibilului.

Dabelul urmãtor prezintã constantele combustibililor cel mai frecvent utilizate:Combustibil 6 b C d =

Gaz natural /,/17 1,0*7 //, // 1,)0

Propan /,10% 1,*/9 /),0 , 1,%#

JPG /,1*/ 1,*/# /% ,% 1,%)

Ditei /,190 1,*)9 /7,/ 9,/ 1,79

JH$ /,19 1,*% /7,9 9,1 1,79

"H$ /,197 1,*%% /7,0 7,0 1,70

Cãrbune /,1) 1,*0 /*,/ #, 1,9

Jemn /,# 1,** #1,/ /#,7 1,70

Documents

teoria combustiei