Contenido1.INTRODUCIN32.PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO43.DELIMITACIN DEL OBJETIVO43.1.OBJETIVO GENERAL43.2.OBJETIVO ESPECFICO44.DESARROLLO DEL TRABAJO54.1.COMBUSTIN54.1.1.TRIANGULO DE LA COMBUSTIN64.1.2.TIPOS DE COMBUSTIN74.1.2.1.Combustin Completa74.1.2.2.Combustin Incompleta74.2.COMBURENTE84.2.1.AIRE84.2.2.PROPIEDADES Y DEFINICIONES84.2.2.1.Aire Estequiometria. o Terico84.2.2.2.Exceso De Aire84.2.2.3.Defecto De Aire84.3.COMBUSTIBLES94.3.1.PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES94.4.LA COMBUSTIN EN COCINAS DOMESTICAS CON GAS LICUADO DE PETRLEO134.4.1.Caso practico14144.5.LA COMBUSTIN EN COCINAS DOMESTICAS CON GAS NATURAL144.5.1.Caso Practico155.METODOLOGA166.ANLISIS DEL RESULTADO177.CONCLUSIONES228.BIBLIOGRAFA229.AGRADECIMIENTO22

1. INTRODUCIN

Se observa que las amas de casa de la ciudad de Pucallpa, usan el Gas Licuado de Petrleo que se obtiene del proceso de refinacin del petrleo y de plantas recuperadoras de gas natural. Puede ser butano, propano y metano o una mezcla de ambos. Y sabemos que el aire es el recurso natural ms intensamente utilizado por el hombre. Para tener una pequea idea de esa proporcin de uso est entre 12 a 20 kilos de aire en 24 horas Muchas de las mamas al cocinar y por una combustin incompleta ingieren sustancias nocivas para la salud como; El Dixido de Carbono (CO2), Azufre (S), Monxido de Carbono (CO), Holln. Que emanan la cocina por una combustin incompleta (falta de oxgeno) que se da desde ao tras ao. Se debe considerar para tratar de solucionar en parte el problema el uso del gas natural en cocinas domestica ya que es una energa limpia en comparacin con el GLP, pues su uso no produce intoxicacin y no deja residuos slidos (holln). Y la creacin del aparato de radiacin, para tener una mejor eficiencia y ahorro en el gas utilizar la Transferencia de calor por radiacin.

2. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO

El estudio se realiza en las siguientes etapas:

Primera etapa: La combustin en cocina domesticas con gas licuado y caso prctico. La combustin en cocina domestica con gas natural y caso prctico.

Segunda etapa: Transferencia de calor 95% x convencin y 5% x conduccin

Tercera etapa:

Transferencia de calor por radiacin, construccin del equipo de radiacin (ER)

3. DELIMITACIN DEL OBJETIVO3.1. OBJETIVO GENERAL

Mejoramiento de la calidad energtica y aumento de eficiencia del gal natural en cocinas domesticas con trasferencia de calor por radiacin

3.2. OBJETIVO ESPECFICO

Anlisis del proceso de combustin con gas licuado y gas natural en cocina domesticas Aumentar la efectividad o eficiencia energtica del gas en cocinas domesticas Determinar el consumo, calor ganado o perdido, eficiencia, calor latente de evaporizacin del gas licuado y gas natural en la experimentacin. Disear y crear el equipo de radiacin para mejorar la eficiencia del gas Reducir costos (costo variable de combustible y costo fijo de operaciones). Evitar el efecto invernadero y minimizar la generacin de Gases Contaminantes. Mejorar el proceso adaptando la tecnologa del Gas Natural. Optimizar el consumo de combustible

4. DESARROLLO DEL TRABAJO

4.1. COMBUSTIN

La combustin es una reaccin entre un comburente y un combustible, con desprendimiento de luz y calor.

Se denomina comburente al medio de reaccin que permite que ocurra una combustin. En nuestro planeta, el comburente natural es el oxgeno (O2). Sin oxgeno no es posible una combustin.

Se define combustible a toda sustancia capaz de arder. Los combustibles se clasifican de distintas maneras, ya sea por su origen natural o artificial o por el estado fsico en que se hallan a temperatura ambiente slidos, lquidos o gaseosos.

La reaccin del combustible con el oxgeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las ms comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genrica productos, humos o gases de combustin. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxgeno y no con el nitrgeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrgeno del aire pasar ntegramente a los productos de combustin sin reaccionar.

Entre las sustancias ms comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reaccin se encuentran:

4.1.1. TRIANGULO DE LA COMBUSTIN

4.1.2. TIPOS DE COMBUSTIN 4.1.2.1. Combustin Completa

Se produce cuando el total del combustible reacciona con el oxgeno. En el caso de una combustin completa, los productos de esta combustin son solamente CO2, H2O, SO2.y N2. Es decir no quedan residuos de combustible sin quemar

4.1.2.2. Combustin Incompleta

Se produce cuando parte del combustible no reacciona completamente. En este caso los productos de la combustin incluyen tambin hidrocarburos no quemados, como C, N2 ,CO2,CO y otros hidrocarburos.

4.2. COMBURENTE4.2.1. AIRE

Como ya hemos mencionado anterior mente el comburente es el encargado de oxidar el combustible favoreciendo la combustin. El comburente ms habitual en la tierra es el oxgeno, que se encuentra en la atmsfera en una proporcin de un 21%. Esta proporcin es ms que suficiente para que se produzca la combustin de los combustibles. Dependiendo de otros factores con concentraciones de entre un 10-15% de oxgeno puede producirse la combustin.

4.2.2. PROPIEDADES Y DEFINICIONES4.2.2.1. Aire Estequiometria. o Terico

Es la cantidad de aire necesaria y suficiente para asegurar la combustin completa de una unidad de combustible. Cuando una unidad de combustible est mezclada con un volumen de aire igual al terico, se define como mezcla estequiometria.

4.2.2.2. Exceso De Aire

En la prctica es casi imposible obtener una mezcla homognea y total del combustible con el comburente (aire u oxgeno directo). Esto obliga a emplear una cantidad real de aire mayor a la estequiometria, con el propsito de producir una combustin lo ms completa posible.

4.2.2.3. Defecto De Aire

Es la menor cantidad de aire que el mnimo necesario. En este tipo de reaccin es caracterstica la presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de reaccin.

4.3. COMBUSTIBLES

Llamamos combustible a cualquier sustancia tiene la capacidad de arder en presencia de un comburente (oxgeno en la mayora de los casos) mediante la aplicacin de una energa de activacin, que puede ser una chispa.

El combustible libera parte de su energa en forma de calor cuando arde, al mismo tiempo que cambia su estructura qumica, debido al proceso de combustin. Los combustibles se clasifican dependiendo de su estado en slidos, lquidos y gaseosos.

4.3.1. PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES

Composicin

Conocer la composicin de un combustible es muy importante para poder determinar los parmetros caractersticos estequiomtricos de la reaccin de combustin y conocer si en el existen sustancias que puedan tener importancia posterior en cuanto a la contaminacin o nocividad de los productos de reaccin.

La forma ms comn de indicar la composicin de un combustible gaseoso es como porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes en condiciones normales.

Poder Calorfico

El poder calorfico de un combustible es la cantidad de energa desprendida en la reaccin de combustin, referida a la unidad de masa de combustible.

Viscosidad

La viscosidad tiene gran importancia en los combustibles lquidos a efectos de su almacenamiento y transporte. Su determinacin es experimental y los valores tpicos se encuentran tabulados para los distintos combustibles industriales lquidos.

Densidad

Generalmente se determina experimentalmente y para el caso de los combustibles gaseosos se utiliza la densidad relativa al aire. En la prctica es muy importante conocer este parmetro para saber si el gas combustible se acumula en el techo o en el suelo, en caso de una fuga en un local cerrado.

La densidad absoluta del aire en condiciones normales es de 1,293 kg/m3.

Para los combustibles lquidos, en forma aproximada se puede utilizar la siguiente frmula:

Densidad = 250 + 9,13 mc + mh expresada en kg / m3 a 15 C donde mc y mh son las masas respectivas de carbono e hidrgeno.

Tambin es muy frecuente emplear una unidad convencional llamada G que se mide en API y se calcula como:

Lmite De Inflamacin

Esta propiedad se utiliza en combustibles gaseosos. Establece la proporcin de gas y aire necesaria para que se produzca la combustin, mediante un lmite inferior y uno superior.

Si se quiere determinar los lmites de inflamabilidad de una mezcla gaseosa, se puede utilizar la siguiente ecuacin:

Siendo xi la fraccin molar del componente i y Li el lmite de inflamabilidad de dicho componente.

Lmite de inflamacin de distintos gases combustibles

Punto De Inflamacin O Temperatura De Ignicin

Para que se produzca la reaccin de combustin, la mezcla de combustible y comburente debe alcanzar una temperatura mnima necesaria, que recibe el nombre de punto de inflamacin o temperatura de ignicin. Una vez que se alcanza dicha temperatura, el calor producido mantendr la temperatura por encima de la de ignicin y la reaccin continuar hasta que se agote el combustible o el comburente. El punto de inflamacin depende del comburente.

Temperatura De Combustin

Otra temperatura importante es la temperatura de combustin o temperatura mxima de llama que se alcanza durante el proceso de combustin.

Contenido De AzufreEs importante conocer el contenido de S de los combustibles ya que esto determina la cantidad de SO2 que aparecer en los humos, como resultado de la combustin.

El SO2 se oxida lentamente a SO3 (trixido de azufre) que es el responsable de las llamadas lluvias cidas. Una forma de reducir la formacin de SO3 es controlar el exceso de aire, de forma tal que se emplee el mnimo exceso de aire posible.

Las reacciones de oxidacin del S y SH2 son las siguientes:

4.4. LA COMBUSTIN EN COCINAS DOMESTICAS CON GAS LICUADO DE PETRLEO

El GLP es una mescla de Propano y el Butano y su combustin est dada por la siguiente reaccin:

Combustin Completa del Propano:C3 H 8 + 5 O2 --------------------- 3 CO2 + 4 H2O + CalorCombustin Incompleta del Propano:C3 H 8 + 3.5 O2 -------------------- 3 CO + 4 H2OCombustin Completa del Butano:2 C4 H 10 + 9 O2------------------- 8CO2 + 10H2O + CalorCombustin Incompleta del Butano:C4 H 10+ 9/2 O2 ------------------- 4 CO + 5 H2O

Calor de combustin = Energa Qumica

CombustibleCalor de combustin (kcal/mol)

Por enlacesExperimental

C3H8-486.50-488.53

C4H10-633.05-635.05

A presin atmosfrica y temperatura ambiente (1 atmsfera y 20C), el Gas Licuado de Petrleo se encuentra en estado gaseoso. Para obtener lquido a presin atmosfrica, la temperatura del butano debe ser inferior a -0,5C y la del propano a -42,2C. En cambio, para obtener lquido a temperatura ambiente, se debe someter al GLP a presin. Para el butano, la presin debe ser de ms de 2 atmsferas. Para el propano, la presin debe ser de ms de 8 atmsferas.

Un litro de lquido se transforma en 272,6 litros de gas para el propano y 237,8 litros de gas para el butano. En su estado puro, tanto el butano como el propano son inodoros; sin embargo, para hacerlos ms fcilmente detectable en el caso de fugas, se les aade un compuesto odorizador (sulfuro de mercaptano) que los hace perceptibles antes de que la mezcla GLP-aire pueda ser explosiva.

Tanto el propano como el butano no son txicos, aunque al ser mas pesados que el aire tienden a desplazarlo y pueden provocar la muerte por asfixia al impedir que el aire llegue a los pulmones y oxigene la sangre.

No toda esta energa la aprovechamos si tenemos una eficiencia del 50 %, solamente aprovechamos 3,200 kcal por cada litro de gas que quemamos.Esta energa la aprovechamos para calentar: la estufa de la cocina y en el calentador de agua. Poder calorfico del gas licuado domstico: 6,400 kcal / L

4.4.1. Caso practico Cuntos litros de gas se necesitan para calentar 100 litros de agua de 15C a 45C? Considere que el calentador tiene una eficiencia del 50%Energa requerida = (100,000 cm3)(1g/cm3)(1 cal/g C)(45-15C) = 3,000,000 cal = 3,000 kcalSe necesitan = (3,000 kcal)(1L / 3,200 kcal) = 0.94 Litros de gas LP

4.5. LA COMBUSTIN EN COCINAS DOMESTICAS CON GAS NATURAL

El principal componente del gas natural es el gas metano. El gas natural tambin se utiliza en los hogares para la cocina, el servicio de agua caliente y la calefaccin.

La combustin del metano est dada por la siguiente reaccin:

Combustin Completa del Metano:Metano + oxgeno--------------------- dixido de carbono + agua + energaCH 4 + 2O2 ------------------- CO2 + 2 H2O + Calor (890 kJ/mol)

El gas natural como cualquier otro combustible produce CO2; sin embargo, debido a la alta proporcin de hidrgeno-carbono de sus molculas, sus emisiones son unos 40-50% menores que la del gas licuado.

Se trata del principal causante de la lluvia cida, que a su vez es el responsable de la destruccin de los bosques y la acidificacin de los lagos. El gas natural tiene un contenido en azufre inferior a las 10ppm (partes por milln) en forma de odorizante, por lo que la emisin de SO2 en su combustin es 150 veces menor que el gas licuado. El gas natural se caracteriza por la ausencia de cualquier tipo de impurezas y residuos, lo que descarta cualquier emisin de partculas slidas, hollines, humos, etc.

Calor de combustin = Energa Qumica

CombustibleCalor de combustin (kcal/mol)

Por enlacesExperimental

CH4-193.40-191.76

4.5.1. Caso Practico

5. METODOLOGA

Se muestra un ejemplo Quemar un combustible (gas natural o gas LP) en una estufa o en un calentador de agua

En la hornilla de la estufa o en el quemador del calentador se lleva a cabo una reaccin de combustin entre el combustible (un hidrocarburo) y el oxgeno del aire.

La energa qumica es la diferencia entre la energa potencial (microscpica) de los enlaces qumicos de los productos de la combustin (CO2 y H2O) y la de los enlaces de los reactivos (Combustible y O2).

Esta energa qumica se convierte en energa cintica de las molculas de los gases de combustin (CO2, H2O, N2, O2 en exceso, hidrocarburo no quemado) y, como consecuencia, se eleva la temperatura de los gases. La combustin ocurre a presin constante

Transformacin de la energa

Ejemplo: Calentar agua en un recipiente en la estufa

Una parte de la energa de las flamas (gases de combustin) se transfiere al recipiente y su contenido, el resto de transfiere al aire circundante. A esta energa que se transfiere la llamamos calor. El calor transferido al recipiente y su contenido se almacena en ellos como energa interna. El recipiente acta como intermediario de la transferencia de energa.

El calor transferido al agua se almacena en ella como energa interna. Primero como energa cintica de las molculas y, en consecuencia, se eleva la temperatura del agua. Despus, cuando el agua alcanza su temperatura de ebullicin, la energa suministrada se utiliza para vencer las fuerzas que mantienen a las molculas de agua en el lquido (energa potencial microscpica) y el agua comienza a evaporarse. La energa suministrada sirvi para realizar el trabajo necesario para llevar las molculas del lquido al vapor. A esta energa necesaria para llevar las molculas del lquido al vapor se llama calor latente de vaporizacin. El agua continuar hirviendo a temperatura constante. En una Olla Express el agua hierve a mayor temperatura porque el contenido se encuentra a una presin mayor.

6. ANLISIS DEL RESULTADOPRACTICA N1Calentar 7 Litros de agua () a 90C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 90C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

15 kgP=530 g

P=388gP= 7 kg28.1 C29.930 Minutos

14.850 90C d 90C

Desarrollo:Calentar 7 litro de agua de a 90CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C7 Litro agua = 7000 cm3 = (7000 cm3)(1 g/cm3) = 7000 g = 7 kg

PRACTICA N2Calentar 7 Litros de agua () a 100C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 100C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

14.850P=530 g

P=388gP= 7 kg29.1 C29.934 Minutos

14.650 100C d 100C

Desarrollo:Calentar 7 litro de agua de a 100CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C7 Litro agua = 7000 cm3 = (7000 cm3)(1 g/cm3) = 7000 g = 7 kg

PRACTICA N3Calentar 8 Litros de agua () a 90C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 90C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

14.650P=530 g

P=388gP= 8 kg28.9 C29.536 Minutos

14.400 90C d 90C

Desarrollo:Calentar 8 litro de agua de a 90CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C8 Litro agua = 8000 cm3 = (8000 cm3)(1 g/cm3) = 8000 g = 8 kg

PRACTICA N4Calentar 8 Litros de agua () a 100C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 100C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

14.400P=530 g

P=388gP= 8 kg28.9 C29.541 Minutos

14.100 100C d 100C

Desarrollo:Calentar 8 litro de agua de a 100CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C8 Litro agua = 8000 cm3 = (8000 cm3)(1 g/cm3) = 8000 g = 8 kg

PRACTICA N5Calentar 9 Litros de agua () a 90C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 90C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

14.100P=530 g

P=388gP= 9 kg27.8 C28.543 Minutos

13.750 90C d 90C

Desarrollo:Calentar 9 litro de agua de a 90CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C9 Litro agua = 9000 cm3 = (9000 cm3)(1 g/cm3) = 9000 g = 9 kg

PRACTICA N6Calentar 9 Litros de agua () a 100C MUESTRA O DATOS OBTENIDOS DEL CALENTAMIENTO DEL AGUA A 100C

PESO DEL TANQUE DE GLPPESO DE LA OLLA DE ALUMINIOPESO DEL BALDEPESO DEL AGUA CON BALDETEMPERATURA DEL AGUATEMPERATURA DEL ALUMINIO EN CALENTAR EL AGUA

13.750P=530 g

P=388gP= 9 kg27.8 C28.547 Minutos

13.350 100C d 100C

Desarrollo:Calentar 9 litro de agua de a 100CPropiedades del agua: = Densidad = 1 g/cm3Ce = Calor especifico = 1 cal/g C 1kcal/kg C = Calor latente = 540 cal/gPropiedades del aluminio:Ce = Calor especifico = 0.217kcal/kg C9 Litro agua = 9000 cm3 = (9000 cm3)(1 g/cm3) = 9000 g = 9 kg

7. CONCLUSIONES

8. BIBLIOGRAFA

Operacin De Calderas Industriales. Gonzalo Rodrguez Guerrero; Editorial: Ecoe, Santa Fe de Bogot. Colombia. Fundamentos De La Termodinmica Tcnica. Michael J. Postigo, J; Cruz, J; Termodinmica Aplicada; editorial UNI, Lima1985. Morn, M; Shapiro, H; Fundamentos de Termodinmica; editorial LIMUSA, Mxico 1992. Incropera, F.; Fundamentos de Transferencia de Calor; editorial Prentice Hall, USA 1998 Marks, Manual del Ingeniero Mecnico, editorial Limusa, Mxico 1992

9. AGRADECIMIENTO