Biodiesel de aceite de Palma
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE MINATITLAN “Analisis de un generador de vapor que combustiona biodiesel de base de aceite de palma ubicado en el estado de Veracruz.” Materia: Maquinas Térmicas I Presentan: Enrique Gómez Anaya José Angel Sánchez Pérez Asesor: Dr. Roberto Ramírez Mesa
Transcript of Biodiesel de aceite de Palma
INSTITUTO TECNOLOGICO DE MINATITLAN
“Analisis de un generador de vapor que combustiona biodiesel
de base de aceite de palma ubicado en el estado de Veracruz.”
Materia:
Maquinas Térmicas I
Presentan:
Enrique Gómez Anaya
José Angel Sánchez Pérez
Asesor:
Dr. Roberto Ramírez Mesa
ÍNDICE
Objetivo. 3
INTRODUCCION:
Propiedades generales del combustible: 4
Obtención 9
Impacto ambiental 11
Consumo mundial:
Estados Unidos de América 12
Unión Europea 13
México 14
Mecanismo de combustión:
Ideal 15
Real 26
Analisis de la caldera 36
ANEXOS:
Mecanismo de reacción para AGLs: 54
Diagrama de transesterificación. 55
BIBLIOGRAFÍA 61
2
OBJETIVOSSe desea en este trabajo realizar un procedimiento apto
para la obtención de Biodiesel en base de aceites de palma
con fines prácticos y experimentales (para
autoabastecimiento) a partir de las materias primas obtenidas
de industrias y comercios locales. Además de analizar de
manera debida las condiciones necesarias para su quema optima
a fin de lograr una máxima eficiencia energética con
emisiones localmente controladas.
Se realizará también el diseño de las instalaciones
necesarias para su obtención partiendo de ciertos estándares
y regulaciones, suponiendo la disponibilidad de otras
materias primas tales como alcohol y soda cáustica. Estas
instalaciones deberán tener todos los elementos necesarios
para su puesta en marcha, deberán ser de fácil reparación in
situ en la medida de las posibilidades y de sencilla
utilización para que sea posible su operación por otros
alumnos con conocimientos previos de este proyecto.
Sirviéndose además de ciertos antecedentes mostrados en la
memoria técnica de este proyecto.
Como objetivo adicional, se pretende comparar las
distintas fuentes de biodiesel a fin de experimentar en base
al desempeño de cada producto obtenido. Este objetivo
adicional abre las puertas a la integración de otras áreas de
investigación en el Instituto Tecnológico de Minatitlán,
creando la posibilidad de iniciar un proyecto autosustentable
3
de mejora continua en los procesos de elaboración de
combustible con base a biomasa.
4
INTRODUCCION
Biodiesel: Propiedades generales del combustible.En parámetros generales, el biodiesel es un producto
similar al diesel del petróleo que se deriva de biomasa, por
lo que constituye un biocombustible renovable. Sus
principales características están sujetas principalmente a la
materia prima empleada para su proceso de fabricación, ya que
las propiedades fisicoquímicas de los ésteres derivados de su
síntesis son bastante parecidas a las del gasóleo.
Los aceites o grasas animales que forman parte de estas
materias primas, se hacen pasar por el proceso de
transesterificación proporcionando ésteres alquílicos de los
ácidos grasos correspondientes; con el objeto de que sean
aptos para utilizarse como combustibles para el transporte y
que sea posible alcanzar los estándares de calidad. De esta
forma, los alquilo ésteres de los ácidos grasos, que cumplen
con las normas de calidad de los biocombustibles para el
transporte, se denominan biodiesel.
La viscosidad del éster es dos veces superior a la del
gasóleo frente a diez veces ó más de la del aceite crudo;
además el índice de cetano de los ésteres es superior, siendo
los valores adecuados para su uso como combustible.
El número de cetano es un indicador de la habilidad de
los combustibles para auto encenderse, después de que han
sido inyectados al motor diesel. El diésel que se utiliza en
5
las carreteras, requiere tener un número de cetano de 40 o
mayor; pero debido a que un número de cetano mayor se traduce
también en costos mayores del combustible; normalmente se
mantiene entre 40 y 45.
En investigaciones recientes se ha demostrado que el
ligeramente mayor número de cetano del biodiesel
(generalmente entre 46 y 60, dependiendo de la materia prima
utilizada) puede reducir el retraso a la ignición. Este
factor junto con la menor volatilidad del biodiesel,
contribuyen a mejorar las características de la combustión
(comienzo más gradual de la combustión), con relación al
diesel del petróleo.
6
En la siguiente tabla (Tabla 1.1) se muestran algunos
calores de combustión y números de cetano de algunos tipos de
biodiesel, producidos con diferentes materias primas, en este
caso ciertos granos de uso común.
Tabla 1.1. Calores de combustión y números de cetano de
diferentes tipos de biodiesel.TIPO DE BIODIESEL CALOR DE
COMBUSTIÓN (MJ/KG)
NUMERO DE CETANO
Ester metílico de
soya
39.8 46.2
Ester butílico de
soya
40.0 48.2
E-Butílico de Soya 40.7 51.7Ester metílico de
girasol
39.8 47.0
Ester metílico de
cacahuate
N/A 54.0
Ester metílico de
colza
40.1 N/A
Ester etílico de
colza
41.4 N/A
En la tabla (Tabla 1.2) se efectúa la comparación entre
las propiedades físicas y químicas del diesel del petróleo,
7
los aceites de girasol y de colza, así como de los ésteres
metílicos de dichos aceites.
Se puede apreciar que las propiedades del éster metílico
son mejores que las del aceite directo de las oleaginosas, en
cuanto a favorecer la adecuada combustión y que se pueden
tener diferencias en las propiedades del biodiesel obtenido,
dependiendo de las materias primas utilizadas.
8
Tabla 1.2 Comparación de las propiedades del diesel del
petróleo con otros aceites.
PROPIEDADDIESEL DE
PETRÓLEO
ACEITE
DE
GIRASO
L
ESTER
METÍLICO
DE
GIRASOL
ACEITE
DE
COLZA
ESTER
METÍLICO
DE COLZA
Densidad (15 °C)
(kg/l)
0.84 0.92 0.89 0.9 0.883
Punto de Ignición
(°C)
63 215 183 200 153
Viscosidad
cinemática
(mm^2/s)
3.2 3.5 4.2 3.9 4.8
Número de cetano 45-50 33 47-51 35-40 52Calor de
combustión
(Mj/kg)
44 39.5 40 N/A 40
Punto de
enturbiamiento
(°C)
0 -6.6 3 N/A -3
Azufre (%Peso) 0.3 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01Residuo de carbón
(% peso)
0.2 0.42 0.05 N/A N/A
En la tabla (Tabla 1.3) se comparan las propiedades
físicas y químicas promedio del biodiesel y del diesel del
9
petróleo; indicándose las normas ASTM establecidas para
obtener una calidad uniforme de los combustibles.
Para una quema correcta de combustible en relación a sus
indicadores de emisión y energía, se debe de realizar una
serie de ensayos para comprobar:
Calidad del combustible
Nivel de impurezas remanentes en el proceso de
producción del Biodiesel.
Para ellos existen diferentes normativas tanto en el
ámbito de países europeos (Austria, Francia, Italia,…) como
el ámbito americano (ASTM y NBB) y europeo (EN).
10
Tabla 1.3 Propiedades del biodiesel vs. Diesel del
Petróleo.PROPIEDADES BIODIESEL DIESEL
Norma del combustible ASTM D975 ASTM PS121Composición C12-C22 FAME C10-C21 HCMetilester 95.5 a 98%
(Normas)
N/A
Carbono (%Peso) 77 86.5Azufre (%Peso) 0 a 0.0024 0.05 Max
(Normas)Agua (PPM Peso) 0.05% Max. 161Oxigeno (% Peso) 11 0Hidrogeno (% Peso) 12 13No. de Cetano 48-55
(Recomendable
52)
40-55
PCI (KJ/kg) 37,700 41,860Viscosidad Cinem. (40 °C) 1.9-6.0 1.3-4.1Punto de inflamación. (°C) 100-170 60-80Punto de ebullición. (°C) 182-338 188-343Gravedad especifica (Kg/l)
(60 °F)
0.88 0.85
Relación de
aire/combustible
13.8 15
Las características generales del biodiesel están
dispuestas en la tabla inferior (Tabla 1.4) a manera de
11
ilustrar los estándares mínimos de prueba que debe de
alcanzar para ser un combustible óptimo con un 80% de
eficiencia en su combustión. ASTM ha especificado distintas
pruebas que se deben realizar a los combustibles para
asegurar su correcto funcionamiento. En la misma tabla, se
enumeran las especificaciones establecidas para el biodiesel
y el método de ensayo correspondiente.
12
13
OBTENCIÓNEl biodiesel se obtiene a partir del proceso de la
transesterificación el cual consiste en intercambiar el
grupo alcoxi (En química, un grupo alcoxi es un grupo alquilo
unido a un átomo de oxígeno, es decir, RO. En donde R es el
grupo alquilo) de un éster por otro alcohol. Estas
reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición
de un ácido o una base, en este caso NaOH (Sosa caustica
comercial).
Dicho en otras palabras el proceso de
transesterificación consiste en combinar, el aceite
(normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero,
normalmente metanol, y deja como residuo de valor añadido
glicerina que puede ser aprovechada por la industria
cosmética, entre otras.
(Éster + alcohol <---> éster diferente + alcohol diferente)
Generalmente en la producción industrial del biodiesel
se emplean grasas, cultivos oleaginosos, así como la grasa
reciclada de los restaurantes. Sin embargo, para fines de la
industria nacional usaremos aceite de palma depurado como
principal fuente de AGLs (ácidos grasos libres) para su
proceso.
El proceso de obtención del aceite de palma está
compuesto principalmente de controles de físicos, tales como:
a) Corte de la fruta, pesado y un pequeño control de
calidad.
14
b) Esterilización, aceleración de ablandamiento y
deshidratación parcial de las semillas contenidas en las
semillas de la frutilla.
c) Desfrutado, separación de primer bagazo de fruta.
d) Digestión y batido.
e) Prensado, aplicación de agua para lavado parcial de
fibras.
f) Clarificación, filtrado, vaporizado y recalentado de la
mezcla.
g) Palmisteria, separación de aguas y fibras para
recuperación de mezcla semisólida de aceites.
15
Durante este proceso, se obtienen diferentes
concentraciones de AGLs o Ácidos Grasos Libres, o de cadena
ligera, los cuales, a diferencia de los glicéridos (I, II y
III) no producen glicerina durante el proceso de
transesterificación. Las concentraciones de ácidos grasos se
ilustran en la tabla (Tabla 1.5), además, el mecanismo de
reacción de la transesterificación para AGLs se ilustra en la
Figura 1.1.
Tabla 1.5 Concentraciones de AGLs presentes en el aceite de
palma.COMPUESTO FORMULA PORCENTAJE
Ácido Laurico C13H26O2 0.20 %Ácido Miristico C15H30O2 1.10 %Acido Palmítico C17H34O2 44.20 %Acido Esteárico C19H38O2 4.40 %Ácido Oleico C19H36O2 39.00 %Ácido Linoleico C19H34O2 10.60 %Ácido Linolenico C19H32O2 0.30 %Acido Araquidónico C21H34O2 0.20 %
.
16
IMPACTO AMBIENTALEl biodiesel es un combustible renovable que se puede
obtener principalmente a partir de aceites vegetales,
animales, así como de aceites reciclados, en este caso,
mediante el cultivo de una planta rica en ácidos grasos
libres.
El biodiesel tiene una ventaja ecológica, en comparación
con el diésel de origen fósil, ya que reduce las emisiones de
gases que provocan el efecto de invernadero. Así, por
ejemplo, el uso de una tonelada de Biodiesel, evita la
producción de 2.5 toneladas de dióxido de carbono (CO2) y
sobre todo elimina, si se usa el biodiesel sólo en los
motores, las emisiones de azufre (SO2) del diésel, evitando
las lluvias ácidas; además, lo que es fundamental: es un
combustible renovable y no finito como los hidrocarburos.
“La producción mundial de biodiesel en el lapso de 1993-
2003 creció a una impresionante tasa del 28.5% anual, de 38
a 467 millones de galones, mientras la producción de
Bioetanol creció a una tasa del 6.7% anual en el mismo
periodo de tiempo, alcanzando en el año de 2003, los 5 mil
770 millones de galones.”
Físicamente es un líquido que puede tener un color que puede
ir desde un tono amarillo claro hasta uno oscuro, y que es
prácticamente inmiscible con el agua; además de tener una
viscosidad similar a la del diésel que se obtiene del
petróleo, se puede mezclar con éste con la finalidad de
17
reducir las emisiones contaminantes de los vehículos
automotores con motores de ciclo Diesel.
Las mezclas más comunes son las B2 (20% de biodiesel y
80% de diésel de origen fósil), las B5 (5% de biodiesel y 95%
de diésel de origen fósil), así como la B25 (25% de
biodiesel con un 75% de diésel de origen fósil) y que pueden
usarse generalmente sin modificar el motor, sin embargo
también se puede emplear un 100% de biodiesel pero es
necesario ciertas modificaciones del motor que le permitan
evitar problemas de mantenimiento y de desempeño. El
biodiesel típico tiene un punto de ignición de 150°C y una
densidad de 0.88 g/cm3.
18
CONSUMO MUNDIAL.
a) Estados Unidos de América:
La producción anual de biodiesel en este país fue de
aproximadamente 570 millones de litros en 2004, (80% a partir
de la soya, 19% de grasa amarilla y un 1% de otros cultivos).
En enero de 1999 sólo algunas flotas utilizaban biodiesel,
para septiembre de 2001, el número se incrementó en más de un
100%.
La principal aplicación vehicular que se tiene del biodiesel
en este país está en las flotas vehiculares del ejército así
como de agencias gubernamentales, sin embargo los gobiernos
estatales y el Ministerio de Energía han venido trabajando en
expandir el mercado del biodiesel en base al reconocimiento
que obtuvo el empleo de biodiesel (B100) como combustible
alterno. Entre los gobiernos estatales más activos en
promover el uso del biodiesel se encuentra el de Minnesota;
que a partir del año 2005 promovió un mandato para que el
diésel destinado al autotransporte contenga un 2% de
biodiesel.
Entre los años 1995 y 2003, los subsidios a la soya
aumentaron a 12 billones de dólares. La cantidad de tierra en
donde se cultivaba la soya se incrementó en un millón de
acres anualmente entre el año 1997 y el 2001.
Uno de los aspectos que ha permitido el crecimiento del
mercado del biodiesel es establecimiento de normas de
19
calidad; en diciembre de 2001 la Asociación Americana para la
Evaluación y Materiales (ASTM) publicó una especificación
para el biodiesel (D6751). Por su parte la Barra Nacional del
Biodiesel estableció la Comisión Nacional para la
Acreditación del Biodiesel para desarrollar e implementar un
programa voluntario para la acreditación de productores y
comercializadores de biodiesel.
20
b) Unión Europea:
La Unión Europea es líder mundial en la producción y
consumo de biodiesel, tan sólo en el año 2004 produjo
alrededor de 2.2 billones de litros de biodiesel y donde los
tres principales países productoras de este bioenergético
son: Alemania (con 1.4 millones de toneladas), Francia (0.35
millones de toneladas) e Italia (0.32 millones de toneladas).
Alemania y Austria han concentrado sus esfuerzos a la
promoción del B100, en contraste con el uso exclusivo de B5
en Francia. En Italia, la mitad de la producción de biodiesel
es utilizada para emplearlo como aceite de calefacción y el
resto para utilizarlo como mezcla B5.
Han sido dos factores que han permitido a la Unión
Europea convertirse en los líderes en la producción de
biodiesel. La primera tiene que ver con una Política Agrícola
en Común (CAP) que está orientada a una política de cultivos
de los miembros de la Unión Europea en donde se promovió el
subsidio a los productores de granos, oleaginosas y cultivos
proteínicos que dedicaran un 10% de sus tierras para la
producción de insumos para obtener el biodiesel.
El segundo factor son los altos impuestos en los
combustibles, que han permitido establecer subsidios directos
a los biocombustibles a partir de una parcial o total
exención de impuestos, tan sólo en el año de 1994 el
Parlamento Europeo exento en un 90% los impuestos al
21
biodiesel, en Alemania el biodiesel está exento al 100% de
impuestos.
Con la finalidad de promover la aceptación tanto de
consumidores como de fabricantes de automóviles, en 1993 las
autoridades de Alemania presentaron la norma de aseguramiento
de calidad del biodiesel DIN 51606 que remplazó a la EN 14214
publicada por el Comité Europeo de Normalización. Es preciso
mencionar que desde el origen de la industria del biodiesel
ha trabajado conjuntamente con la industria automotriz.
22
En cuanto al rendimiento de combustible de los vehículos
que utilizan biodiesel y según el estudio “Análisis del Ciclo
de Vida de Combustibles alternativos para el Transporte” que
realizó el Ministerio de Medio Ambiente del Gobierno de
España se puede concluir que el rendimiento de combustible
cuando se utilizan mezclas B5 y B10 varía muy poco en
comparación con el empleo de diésel de origen fósil.
c) México:
En México se tiene muy poca experiencia con el uso del
biodiesel, dentro de los proyectos de biodiesel destaca el de
la planta de biodiesel de Grupo Energéticos en Cadereyta,
Nuevo León que produce este biocombustible a partir de
aceites y grasas recicladas de la cafetería del Instituto
Tecnológico de Monterrey, la producción de ésta planta es de
300 m3 al mes, aunque según su directivo puede llegar a los
600 m3 al mes. Con esta producción se abastece de una mezcla
B20 a un autobús de transporte de personal, así como a dos
vehículos compactos propiedad del Instituto.
Otro proyecto es el de la Universidad Vasconcelos de
Oaxaca, en el que producen una mezcla B20 a partir de aceites
vegetales de desecho, en la etapa demostrativa se tiene una
producción de 3.6 m3 al mes de biodiesel el cual es consumido
por un autobús propiedad de la Universidad.
Según el estudio “Potenciales y Viabilidad del Uso de Bioetanol y Biodiesel para el Transporte en México” menciona
23
que una alternativa para la introducción y empleo de biodiesel en México se puede basar en materias primas de bajocosto, como es el caso de los aceites y grasas recicladas. Y que a un mediano plazo se requerirán esquemas de incentivos para llegar a una meta de sustituir de entre el 2% al 5% del diésel de petróleo (año 2012), para lo cual se requieren entre otras cosas: el aumento significativo de los cultivos oleaginosos, la instalación de 10 plantas industriales con una capacidad de 100 000 t/año o más de 140 plantas pequeñas con una capacidad de 5 000 t/año, así como inversiones de alrededor de $3,100 millones de pesos.
24
METODOLOGÍA PARA REALIZAR EL BALANCE DE UNA
COMBUSTIÓN:
(BIODIESEL DE ACEITA DE PALMA).
Planteamiento del balance de combustión del combustible en
situación ideal y real, cuyos datos de operación en un horno
se encuentran en la tabla (Tabla 1.7).
Tabla 1.7 - Datos de operación.PARAMETRO CANTIDAD UNIDADPresión de Los Gases De Salida (Bar Man) 1.20 BarTemperatura De Gases Entrada Al Horno
(0c)
120.00 °C
Temperatura De Gases Salida Del Horno
(0c)
230.00 °C
Oxigeno ( o2 ) en los gases de escape
(%)
6.00 %
Dióxido de carbono ( co2 ) en los gases de
escape (%)
6.00 %
Temperatura de Seguridad 80.00 °CFlujo Másico del Combustible 1.00 Kg/SCp. del bióxido de carbono 1.01 KJ/Kg
CCp. del agua 1.98 KJ/Kg
CCp. del nitrógeno 1.08 KJ/Kg
C
25
Cp. del oxigeno 0.97 KJ/Kg
CDías de operación al año 270.00 Días/
AñoPresión de aire al horno ( bar man ) 1.90 BarTemperatura Del Aire Salida Del
Calentador De Aire (°C)
120.00 °C
26
COMBUSTIÓN IDEAL
Paso 1: Evaluar la composición química en combustión
ideal (α=1) del combustible según la tabla 1.8.
Tabla 1.8 - Composición de biocombustibleCOMPUESTO FORMULA PORCENTAJE
Metilo Laurato C13H26O2 0.20 %Metilo Miristato C15H30O2 1.10 %Metilo Palmitato C17H34O2 44.20 %Metilo Estearato C19H38O2 4.40 %Metilo Oleato C19H36O2 39.00 %Metilo Linoleato C19H34O2 10.60 %Metilo Linolenato C19H32O2 0.30 %Metilo Araquidonato C21H34O2 0.20 %
Paso 2: Planteamiento de la ecuación (Ec. 1) del
mecanismo de reacción de la combustión:
1Kmol [0.002C13H26O2+0.011C15H30O2+0.442C17H34O2+0.044C19H38O2+0.39C19H36O2+0.106C19H34O2+0.003C19H32O2+C21H34O2 ]+1Kmol[aO2+3.76aN2 ]=bCO2+cH2O+dN2−−−−−−(Ec.1)
Paso 3: Balanceo de los coeficientes de cada elemento en
la reacción:
3.1) Balance en C:
(0.002 ) (13 )+(0.011 ) (15 )+(0.442 ) (17)+(0.044 ) (19)+ (0.39) (19)+(0.106 ) (19 )+(0.003 ) (19 )+(0.002 ) (21)=b−−−−−−(Ec.2)
b=18.0643.2) Balance en H
(0.002 ) (26 )+(0.011 ) (30 )+(0.442 ) (34)+(0.044) (38)+(0.39) (36)+(0.106 ) (34 )+(0.003 ) (32 )+(0.002 ) (34 )=2c−−−−−−−−(Ec.3)
27
c=17.445
28
3.3) Balance en O
(0.002 ) (2 )+(0.011 )(2)+(0.442 ) (2 )+(0.044 ) (2)+(0.39) (2 )+(0.106) (2)+ (0.003 ) (2 )+(0.002 ) (2 )+2a=2b+c−−−−−−(Ec.4)
a=25.78653.4) Balance en N
(2a ) (3.76 )=2d−−−−−−(Ec.5)
d=96.9572
Paso 4: Sustitución de coeficientes obtenidos en las
ecuaciones (Ec. 2, 3,4 y 5) en la ecuación (Ec.1):
1Kmol [0.002C13H26O2+0.011C15H30O2+0.442C17H34O2+0.044C19H38O2+0.39C19H36O2+0.106C19H34O2+0.003C19H32O2+C21H34O2 ]+1Kmol[25.787O2+96.9572N2 ]=18.064CO2+17.445H2O+96.9572N2−−−−−−(Ec.6 )
Paso 5: Comprobación de la ecuación (Ec.6) en balance
volumétrico.
1Kmol+(25.787+96.9572)Kmol=(18.064+17.445+95.957)Kmol
123.744Kmol≠132.466Kmol−−−−−(Ec.7)
29
Paso 6: Comprobación de balance en masa
En la siguiente tabla (Tabla 1.9) se muestran la masa
molecular de cada compuesto del Biodiesel.
Tabla 1.9 - Masas Molares en cada compuesto del biodiesel.
COMBUSTIBLE MASA MOLECULAR DEL
COMBUSTIBLE (KG/KMOL)Metilo Laurato 214.351Metilo Miristato 242.405Metilo Palmitato 270.459Metilo Estearato 298.513Metilo Oleato 296.497Metilo Linoleato 294.481Metilo Linolenato 292.465Metilo Araquidonato 318.503
a) Calculo de Masa del combustible:
(0.002 ) (214.351 )+(0.011 ) (242.405)+ (0.442 ) (270.459)+(0.044)(298.513 )+(0.39 ) (296.497 )+(0.106) (294.481)+(0.003 ) (292.465)+(0.002) (318.503 )=284.1358KG−−−−−(Ec.8)
b) Calculo de Masa del aire:
25.787O2=25.787 (32)=825.168Kg−−−−(Ec.9)
96.9572N2=96.9572 (28.013 )=2716.063Kg−−−−(Ec.10)
c) Sumatoria de Masas totales de los reactivos:
Masa total del aire: 3541.2311 Kg
Masa total de reactivos: 284.1358+3541.2311=3825.367 Kg
30
31
d) Calculo de masas del producto (GPC)
Masa del producto:
18.064CO2=18.064 (44.011)=795.0147KG−−−(Ec.11)
17.445H2O=17.445 (18.016 )=314.2891KG−−−(Ec.12)
96.9572N2=96.9572 (28.013 )=2716.063Kg−−−−(Ec.13)
e) Sumatoria de masas de compuestos presentes en el
producto:
795.0147+314.2891+2716.063=3825.367KG−−−(Ec.14)
f) Comprobación de masa
Debe de cumplirse la siguiente expresión para asegurar el
balance de masas:
Masadereactivos=masadeproducto3825.367Kg=3825.367Kg−−−−(Ec.15)
Paso 7: Determinación de indicadores de combustión
ideal.
7.1 - Calculo de la relación aire/combustible (datos
obtenidos de los valores del paso 6-C)
Masadelaire:3541.231kgMasadelcombustible:284.1358kg
32
a) Observando los datos de la Tabla de densidades del
combustible (Tabla 1.10), se procede a calcular el
volumen total del combustible:
Tabla 1.10 - Densidades de los componentes del Biodiesel.
COMBUSTIBLE MASA DEL COMBUSTIBLE
(KG)
DENSIDAD
(KG/M3)Metilo Laurato 214.351 870Metilo Miristato 242.405 866Metilo Palmitato 270.459 890Metilo Estearato 298.513 863Metilo Oleato 296.497 873Metilo Linoleato 294.481 884Metilo Linolenato 292.465 1090Metilo Araquidonato 318.503 1053
b) Calculo del volumen total del combustible:
Volumentotaldelcombustible=∑i=1
n mol∗masadensidad=
(0.002 )∗(214.351 )870
+(0.011 )∗(242.405 )
866+
(0.442 )∗(270.459 )890
+(0.044 )∗(298.513 )
863+
(0.39)∗(296.497 )873
+(0.106 )∗(294.481 )
884+
(0.003 )∗(292.465 )1090
+(0.002 )∗(318.503 )
1053=0.3222m3−−−(Ec.16)
33
c) Calculo de la densidad del aire usando la ecuación de
Clapeyron:
Densidaddelaire=P
(8314)TMm
=120000
(8314)(120+273.15)
28.85
=1.677 Kgm3 −−−(Ec.17)
Volumendelaire=mol∗masadensidad
=(28.85027)∗(3541.2312)
1.677=2111.636m3−−−(Ec.18)
d) Calculo de las relaciones aire/combustible:
Relaciondemasas: KgaKgc
= 3541.23284.1358
=12.463−−−(Ec.19)
Relacionmolar: KmolaKmolc
=122.744
1=122.744−−−(Ec.20)
Relacionvolumetrica:m3a
m3c=2111.6360.322
=6552.057−−−(Ec.21)
7.2 - Relación gpc/combustible:
MasadeGPC=3825.367KG−−−(Ec.22)
A continuación en la tabla (Tabla 1.11) se expresan las
características de los compuestos de nuestro producto:
Tabla 1.11 - Características de compuestos de GPC
COMPUESTO MASA MOLECULAR DEL
COMPUESTO(KG)
DENSIDAD
(KG/M3)CO2 44.011 1.263H2O 18.016 0.070N2 28.013 0.803
34
35
a) Calculo del volumen total del GPC obtenido:
VolumentotaldelGPC=∑i=1
n mol∗masadensidad=
(18.064 )∗(44.011)1.263
+(17.445 )∗(18.016)
0.070+
(123.744 )∗(28.013 )0.803
=4458.607m3−−−(Ec.23)
b) Tomando los datos del Paso 7.1 correspondientes al
combustible se calculan las relaciones GPC/Combustible.
Relaciondemasas: KggpcKgc
=3825.367284.1358
=13.463−−−(Ec.24)
Relacionmolar: KmolgpcKmolc
=132.466
1=132.466−−−(Ec.25)
RelacionVolumetrica: m3gpcm3c
=4458.6070.322
=6552.057−−−(Ec.26)
7.3 - Calculo de la relación CO2/combustible, tomando los
datos obtenidos de la ecuación (Ec. 11) para el CO2.
MasadeCO2=(18.064∗44.011 )=795.014−−−(Ec.27)
VolumendeCO2=masa
densidad=795.0141.263
=629.701−−−(Ec.28)
Relaciondemasas:KgCO2Kgc
=795.014284.1358
=2.798−−−(Ec.29)
Relacionmolar:KmolCO2Kmolc
=18.064
1=18.064−−−(Ec.30)
Relacionvolumetrica:m3CO2m3c
=629.7010.322
=1953.884−−−(Ec.31)
36
Paso 8: Calculo de las fracciones molares de GPC, con
los datos obtenidos de las ecuaciones (Ec. 7) y los valores
obtenidos del paso 2.
Moltot=A=132.466Kmol−−−(Ec.32)
xCO2=MCO2
A= 18.064132.466
=0.14−−−(Ec.33)
xH2O=MH2O
A=
17.445132.466
=0.13−−−(Ec.34)
xN2=MN2
A=96.957132.466
=0.73−−−(Ec.35)
Sumatoria de valores a manera de comprobación de operaciones:
∑i=1
nxi=¿0.14+0.13+0.73=1−−−(Ec.36)¿
Paso 9: Hallar las presiones parciales de los compuestos
presentes en el GPC aplicando ley de Dalton.
xi=Mi
MTOT=
PiPTOT
−−−(Ec.37)
PCO2=PTOT∗xCO2
=¿
PH2O=PTOT∗xH2O
=¿
PN2=PTOT∗xN2
=¿
Paso 10: Convertir las presiones parciales de Bar a KPa:
PCO2=0.1636 ¿ ¿
PH2O=0.158 ¿ ¿
PN2=0.8783 ¿ ¿
37
Paso 11: Usando TPX en Excel, hallar Temperatura de
Rocío:
TRocío=enfuncionalapresionparcialdelagua=55.103°C−−−(Ec.44)
38
Paso 12: Hallar Temperatura límite usando la temperatura
de rocío de la (Ec. 44):
Tlímite=Trocío+80=55.10+80=135.10°C−−−(Ec.45)
Paso 13: Hallar Q limite
Flujomasicodelcombustible=(1 kgcs )−−−(Ec.46)
Flujomasicodegpc=(1 kgcs )∗(13.463 kggpckgc )=13.463kgcs −−−(Ec.47)
Los calores específicos de cada elemento que conforma a
los compuestos del GPC están en la tabla de datos de
operación (Tabla 1.7), por lo que se procede a calcular el
calor especifico del GPC:
Cpgpc=∑i=1
nxiCPi=(0.14∗1.01)+(0.13∗1.98)+(0.73∗1.08)=1.188 KJ
KgC−−−(Ec.48)
Hgpc=CPgpc∗Tgpc=(1.188 KJKgC
∗230°C)=273.143 KJKg−−−(Ec.49)
Hlim ¿=CPgpc∗Tlim ¿=(1.188 KJKgC
∗135.10°C)=160.445 KJKg
−−−( Ec.50) ¿¿
Qlim ¿=mgpc¿ ¿
39
Paso 14: Calculo del bono de carbono Bono de carbono
FlujomasicodeCO2=(1 kgcs )∗(2.798 kgCO2kgc )=2.798 kgs −−−(Ec.52)
En un periodo de operación de 270 días al año tendremos:
BonodeCarbono=(2.798 kgs )∗(3600seg1hora )∗(24horas1dia )∗(270dias1año )∗( 1Ton1000kg )=65271.963 ton
año−−−(Ec.53)
40
COMBUSTIÓN REAL.
Paso 15: Pasos para una combustión ideal:
De la tabla de datos (Tabla 1.7) se tiene como base seca: 6%
O2 y 6% CO2
%N2=100−(%CO2+%O2 )=100−(6+6 )=88 %−−−(Ec.54)
α=0.21%N2
(0.21%N2−79 %O2)= 0.21∗(88)
[(0.21∗88)−(79∗6) ]=1.345−−−(Ec.55)
Paso 16: Escribiendo la ecuación de la combustión real:
1Kmol [0.002C13H26O2+0.011C15H30O2+0.442C17H34O2+0.044C19H38O2+0.39C19H36O2+0.106C19H34O2+0.003C19H32O2+C21H34O2 ]+1Kmolα [aO2+3.76aN2 ]=bCO2+cH2O+dN2+eO2−−−(Ec.56)
Paso 17: Balanceando la ecuación química tenemos:
Balance en C:
(0.002 ) (13 )+(0.011 ) (15 )+(0.442 ) (17)+(0.044) (19)+ (0.39) (19)+(0.106 ) (19 )+(0.003 ) (19 )+(0.002 ) (21)=bb=18.064
Balance en H
(0.002 ) (26 )+(0.011 ) (30 )+(0.442 ) (34)+(0.044 ) (38)+(0.39) (36)+(0.106 ) (34 )+(0.003 ) (32 )+(0.002 ) (34 )=2cc=17.445
Balanceo en O
(0.002 ) (2 )+(0.011 )(2)+(0.442 ) (2 )+(0.044 ) (2)+(0.39) (2 )+(0.106) (2)+ (0.003 ) (2 )+(0.002 ) (2 )+2αa=2b+c+2ee=8.896
Balance en N
(2αa ) (3.76)=2dd=130.4054
41
Paso 18: Por lo tanto, la ecuación completa ya
balanceada será de la siguiente manera:
1Kmol [0.002C13H26O2+0.011C15H30O2+0.442C17H34O2+0.044C19H38O2+0.39C19H36O2+0.106C19H34O2+0.003C19H32O2+C21H34O2 ]+1Kmol[34.68O2+130.4N2 ]=18.064CO2+17.445H2O+130.4N2+8.896O2−−−(Ec.57)
Paso 19: Comprobación en volumen de los datos del paso
16.
1Kmol+(34.68+130.4)Kmol=(18.064+17.445+130.4+8.896 )Kmol−−−(Ec.58)
166.088Kmol≠174.81Kmol
Al ser volúmenes distintos y aproximados entre sí,
sabemos que el mecanismo de reacción es coherente.
Paso 20: Comprobación en masa:
En base a la tabla (1.10) anterior de la masa del
combustible:
a) Masa del combustible
(0.002 ) (214.351 )+(0.011 ) (242.405 )+ (0.442 ) (270.459 )+(0.044 )(298.513 )+(0.39 ) (296.497 )+(0.106) (294.481 )+(0.003 ) (292.465 )+(0.002 ) (318.503 )=284.1358KG−−−(Ec.59)
b) Masa del aire
34.682O2=34.682 (32)=1109.833Kg−−−(Ec.60)
130.40N2=130.40 (28.013)=3653.04Kg−−−(Ec.61)
Masa total del aire: 4762.879 Kg
Masa total de reactivos: 284.1358+1109.833+3653.04=5047.014
Kg
42
43
c) Masa del producto
18.064CO2=18.064 (44.011)=795.0147KG−−−¿
17.445H2O=17.445 (18.016 )=314.2891KG−−−(Ec.62)
130.40N2=130.40 (28.013)=3653.04Kg−−−(Ec.63)
8.896O2=8.896 (32)=284.665Kg−−−(Ec.64)
Masa total del producto:
795.0147+314.2891+3653.04+284.665=5047.014KG−−−(Ec.65)
d) Comprobación de masa
Masa de reactivos = masa de producto
5047.014 Kg = 5047.014 Kg
Paso 21: Determinación de indicadores de combustión
ideal:
21.1: Relación aire/combustible:
Masadelaire:4762.879kgMasadelcombustible:284.1358kg
Volumentotaldelcombustible=∑i=1
n mol∗masadensidad=
(0.002 )∗(214.351 )870 +
(0.011 )∗(242.405 )866 +
(0.442 )∗(270.459 )890 +
(0.044 )∗(298.513 )863 +
(0.39)∗(296.497 )873 +
(0.106 )∗(294.481 )884 +
(0.003 )∗(292.465 )1090 +
(0.002 )∗(318.503 )1053 =0.3222m3−−−(Ec.66)
densidaddelaire=P
(8314)TMm
=120000
(8314)(120+273.15)
28.85
=1.677Kg/m3−−−(Ec.67)
volumendelaire=mol∗masadensidad
=(28.85027)∗(4762.879)
1.677=2840.104m3−−−(Ec.68)
44
KgaKgc
=4762.879284.1358
=16.763−−−(Ec.68 )
KmolaKmolc
=165.088
1=165.088−−−(Ec.69)
m3am3c
=2840.1040.322
=8812.374−−−(Ec.70)
21.2: Relación gpc/combustible:
MasadeGPC=5047.014KGA continuación en la tabla se expresan las
características de los compuestos de nuestro producto:
Tabla 1.12 - Masas y densidades de GPC
COMPUESTO MASA MOLECULAR DEL
COMPUESTO(KG/KMOL)
DENSIDAD
(KG/M3)CO2 44.011 1.263H2O 18.016 0.070N2 28.013 0.803O2 32 0.918
VolumentotaldelGPC=∑i=1
n mol∗masadensidad=
(18.064 )∗(44.011)1.263
+(17.445 )∗(18.016)
0.070+
(130.4054 )∗(28.013)0.803
+(8.896 )∗(32)
0.803=5934.712m3−−−(Ec.71)
KggpcKgc
=5047.014284.1358
=17.763−−−(Ec.72)
KmolgpcKmolc
=174.8102
1=174.81−−−(Ec.73)
m3gpcm3c
=5934.7120.322
=18414.429−−−(Ec.74)
21.3: Relación CO2/combustible:
MasadeCO2=(18.064∗44.011 )=495.014−−−(Ec.75)
45
VolumendeCO2=masa
densidad=495.014
1.263=629.701−−−(Ec.76)
KgCO2
Kgc= 495.014284.1358
=2.798−−−(Ec.77)
KmolCO2
Kmolc=18.064
1=18.064−−−(Ec.78)
m3CO2m3c
=629.7010.322
=1953.884−−−(Ec.79 )
Paso 22: Calculo de las fracciones de GPC:
Moltot=A=174.8102Kmol−−−(Ec.80)
xCO2=MCO2
A=
18.064174.8102
=0.1033−−−(Ec.81)
xH2O=MH2O
A=
17.445174.8102
=0.0998−−−(Ec.82)
xN2=MN2
A=
96.957174.8102
=0.746−−−(Ec.83)
xO2=MO2
A=
8.896174.8102
=0.0509−−−(Ec.84)
∑i=1
nxi=¿0.1033+0.0998+0.746+0.0509=1−−−(Ec.85)¿
Paso 23: Aplicar ley de Dalton a los datos anteriores:
xi=Mi
MTOT=
PiPTOT
−−−(Ec.86)
PCO2=PTOT∗xCO2
=¿
PH2O=PTOT∗xH2O
=¿
46
PN2=PTOT∗xN2
=¿
PO2=PTOT∗xO2
=¿
47
Paso 24: Hallar Pi en KPa
PCO2=0.124 ¿ ¿
PH2O=0.1198 ¿ ¿
PN2=0.8952 ¿ ¿
PO2=0.0611 ¿ ¿
Paso 25: Hallar Temperatura de Rocío:
TRocío=enfuncionalapresionparcialdelagua=49.425°C−−−(Ec.95)
*NOTA: Se usó TPX para el cálculo de T de rocío.
Paso 26: Hallando Temperatura límite para condensación
de vapor:
Tlímite=Trocío+80=49.425+80=129.425°C−−−(Ec.96)
Paso 27: Hallando Q límite:
Flujomasicodelcombustible=(1 kgcs )−−−(Ec.97)
Flujomasicodegpc=(1 kgcs )∗(17.763 kggpckgc )=17.76 kgcs −−−(Ec.98)
Los calores específicos de cada compuesto de GPC están en la
tabla de datos de operación (tabla 1.7):
Cpgpc=∑i=1
nxiCPi=(0.1033∗1.01)+ (0.0998∗1.98)+(0.746∗1.08)+ (0.0509∗0.97)=1.156 KJ
KgC−−−(Ec.99)
Hgpc=CPgpc∗Tgpc=(1.156 KJKgC
∗230°C)=265.837 KJKg−−−(Ec.100)
Hlim ¿=CPgpc∗Tlim ¿=(1.156 KJKgC
∗135.10°C)=149.59KJKg
−−−(Ec.101 )¿¿
48
Qlim ¿=mgpc¿ ¿
Paso 28: Calculo del Bono de carbono a un ritmo de
trabajo de 270 días por año:
FlujomasicodeCO2=(1 kgcs )∗(2.798 kgCO2kgc )=2.798 kgs −−−(Ec.103)
En un periodo de operación de 270 días al año tendremos:
BonodeCarbono=(2.798 kgs )∗(3600seg1hora )∗(24horas1dia )∗(270dias1año )∗( 1Ton1000kg )=65271.963 ton
año−−−(Ec.104)
49
Resultados de la combustión
Tabla 1.12 – Masas de los compuestos presentes en la
combustión.
PARÁMETROS
α=1
CANTIDAD
α=1.345
CANTIDAD Δ%Kmol de
combustible
1.000 Kmol 1.000 kmol 0.00 %
Kmol de aire 122.744 Kmol 165.088 Kmol 25.6
5
%
Kmol gpc 132.466 Kmol 174.810 Kmol 24.2
2
%
Kg de
combustible
284.136 Kg 284.136 Kg 0.00 %
Kg de aire 3541.23
1
Kg 4762.879 Kg 25.6
5
%
Kg gpc 3825.36
7
Kg 5047.014 Kg 24.2
1
%
Kg de co2 795.015 Kg 795.015 Kg 0.00 %
50
Tabla 1.13 – Indicadores Resultantes de la combustión.PARÁMETROS α=1
CANTIDAD
α=1.345
CANTIDAD
Δ%
Indicador de
aire/combustible
(kg/kg)
12.463 kg/kg 16.763 kg/
kg
25.6
5
%
Indicador de
aire/combustible
(kmol/kmol)
122.744 kmol/
kmol
165.088 kmol
/
kmol
25.6
5
%
Indicador de
aire/combustible
(m3/m3)
6552.05
7
M3/M3 8812.37
4
M3/M3 25.6
5
%
Indicador de
gpc/combustible
(kg/kg)
13.463 kg/kg 17.763 kg/
kg
24.2
1
%
Indicador de
gpc/combustible
(kmol/kmol)
132.466 kmol/
kmol
174.810 kmol
/
kmol
24.2
2
%
Indicador de
gpc/combustible
(m3/m3)
13834.3
20
M3/M3 18414.4
29
M3/M3 24.8
7
%
Indicador de
co2/combustible
(kg/kg)
2.798 kg/kg 2.798 kg/
kg
0.00 %
51
Indicador de
co2/combustible
(kmol/kmol)
18.064 kmol/
kmol
18.064 kmol
/
kmol
0.00 %
Indicador de
co2/combustible
(m3/m3)
1953.88
4
M3/M3 1953.88
4
M3/M3 0.00 %
52
Tabla 1.14 – Fracciones de masa y presión, Temperaturas y
flujos resultantes de la combustión.
Parámetros
α=1
CANTIDAD
α=1.345
CANTIDAD Δ%Fracción de
masa de co2
0.136 0.103 31.9
7
%
Fracción de
masa de h2o
0.132 0.100 31.9
7
%
Fracción de
masa de n2
0.732 0.746 1.88 %
Fracción de
masa de o2
0.000 0.051 100.
00
%
Presión parcial
de co2
16.36
4
Kpa 12.400 Kpa 31.9
7
%
Presión parcial
de h2o
15.80
3
Kpa 11.975 Kpa 31.9
7
%
Presión parcial
de n2
87.83
3
Kpa 89.518 Kpa 1.88 %
Presión parcial
de o2
0.000 Kpa 6.107 Kpa 100.
00
%
Temperatura de
rocío
55.10
3
°C 49.425 °C 11.4
9
%
Temperatura
límite
135.1
03
°C 129.425 °C 4.39 %
H límite 160.4
45
KJ/KG 149.591 KJ/KG 7.26 %
H gpc 273.1 KJ/KG 265.837 KJ/KG 2.75 %
53
43Q limite 1517.
269
KW 2064.848 KW 26.5
2
%
Flujo másico de
gpc
13.46
3
Kg/s 17.763 Kg/s 24.2
1
%
Flujo másico de
co2
2.798 Kg/s 2.798 Kg/s 0.00 %
Bono de carbono
anual
65271
.963
TON/
AÑO
65271.963 TON/
AÑO
0.00 %
54
Analisis de la caldera.
1.- Determinación de Qbc:
Ct=KgC
KgComb.∗100=
216.97KgC284.136KgComb.
∗100=76.36 %
Ht=KgH
KgComb.∗100=
35.17KgH284.136KgComb.
∗100=12.378%
Ot=KgO
KgComb.∗100=
216.97KgO284.136KgComb.
∗100=11.262%
∑Ct+Ht+Ot=100%
Wt=0%;St=0%
Qbc
Qbc=339.147(Ct )+1256.1 (Ht )+108.86 (St−Ot )−25.12(9Ht+Wt)
Qbc=339.147 (76.36)+1256.1 (12.378)+108.86 (−11.262 )−25.12(9∗12.378)
Qbc=37,420.4781KJKgc
2.- Determinación de los volúmenes de los productos de la combustión.
a) Volumen teórico de aire seco:
V a=0.0889 (Ct+0.375∗St)+0.265∗Ht−0.0333∗Ot
V a=0.0889 (76.36 )+0.265(12.378)−0.0333(11.262)
V a=9.6934 m3
Kg
55
b) Volumen teórico de gases triatómicos:
˙VRO2= ˙VCO2
+ ˙VSO2
˙VRO2=0.01 (1.886∗Ct+0.7∗St )
˙VRO2=0.01 (1.886∗76.36 )
˙VRO2=1.4402 m
3
Kg
c) Volumen Teórico de Nitrógeno:
VN2=0.79∗Va+0.008∗N
t
VN2=0.79∗9.6934
VN2=7.6578 m
3
Kg
d) Volumen teórico del vapor de agua:
˙VH2O=0.111∗Ht+0.0124∗Wt+0.0327∗Va+1.24∗Gat
Gat=0.05parabiodiesel.
˙VH2O=0.111∗12.378+0.0124∗0+0.0327∗9.6934+1.24∗0.05
˙VH2O=1.7529m3
Kg
56
3) Calculo de α en superficies de caldera:
Tabla de α’s en superficies de caldera.Superficie Δα Definición en superficie
Horno 0.08
Para combustible líquido y gaseoso sin enchapado metálico.
Sobrecalentador 1
0.03
Sobrecalentador convectivo y de pantallaen el eje horizontal.
Sobrecalentador 2
0.03
Sobrecalentador convectivo y de pantallaen el eje horizontal.
Economizador 0.02
Economizador para D>13.9 Kg/s.
C.A.R. 0.2 Calentador de Aire Regenerativo para D>13.9 Kg/s.
VTI 0.01
Conductos de gases después del GV de acero.
α''=α'+Δα
Calculo de α inicial.
%N2=100−(%CO2+%O2)
%CO2=10.50%%O2=7.5%
%N2=100− (10.5+7.5 )=82%
∴α=0.21∗%N2
0.21∗%N2−0.79∗%O2α=
0.21∗820.21∗82−0.79∗7.5
=1.525
57
a) Calculo en el VTI:
α''=1.525
α'=α''−Δα
α'=1.525−0.01
α'=1.515
α=α''+α'
2
α=1.520
b) Calculo en el CAR:
α''=1.515
α'=α''−Δα
α'=1.515−0.2
α'=1.315
α=α''+α'
2
α=1.415
c) Calculo en el Economizador:
α''=1.315
α'=α''−Δα
α'=1.315−0.02
α'=1.295
α=α''+α'
2
58
α=1.305
59
d) Calculo en el Sobrecalentador 2:
α''=1.295
α'=α''−Δα
α'=1.295−0.03
α'=1.265
α=α''+α'
2
α=1.280
e) Calculo en el Sobrecalentador 1:
α''=1.265
α'=α''−Δα
α'=1.265−0.03
α'=1.235
α=α''+α'
2
α=1.250
f) Calculo en el Horno:
α''=1.235
α'=α''−Δα
α'=1.235−0.08
α'=1.155
α=α''+α'
2
60
α=1.195
61
4) Calculo de volumen real de gases secos:
Vgs=VRO2−VN2
+(α−1)(Va)
Vgs=1.4402+7.6578+(α−1)(9.6934)
a) Horno:α=1.195
Vgs=10.985m3kg
b) Sobrecalentador 1:α=1.250
Vgs=11.517m3kg
c) Sobrecalentador 2:α=1.280
Vgs=11.808m3kg
d) Economizador:α=1.305
Vgs=12.050m3kg
e) CAR:α=1.415
Vgs=13.117m3kg
f) VTI:α=1.520
Vgs=14.134m3kg
62
5) Calculo de volumen real de vapor de agua:
VH2O=VH2O
+0.0327 (α−1)( Va)
VH2O=1.7529+(0.0327)(α−1)(9.6934)
a) Horno:α=1.195
VH2O=1.815m3kg
b) Sobrecalentador 1:α=1.250
VH2O=1.832m3kg
c) Sobrecalentador 2:α=1.280
VH2O=1.842m3kg
d) Economizador:α=1.305
VH2O=1.849m3kg
e) CAR:α=1.415
VH2O=1.884m3kg
f) VTI:α=1.520
63
VH2O=1.918m3kg
64
6) Calculo de volumen real de los gases:
Vg=Vgs−VH2O
a) Horno:
Vg=12.799m3
kg
b) Sobrecalentador 1:
Vg=13.349m3
kg
c) Sobrecalentador 2:
Vg=13.649m3
kg
d) Economizador:
Vg=13.900m3
kg
e) CAR:
Vg=15.001m3
kg
f) VTI:
VH2O=16.052m3
kg
65
7) Calculo de las fracciones volumétricas de gases triatomicos:
%Vgs=Vgs
Vg∗100
a) Horno:
%Vgs=85.82%
b) Sobrecalentador 1:
%Vgs=86.28%
c) Sobrecalentador 2:
%Vgs=86.51%
d) Economizador:
%Vgs=86.69%
e) CAR:
%Vgs=87.44 %
f) VTI:
%Vgs=88.05%
66
8) Calculo de las fracciones volumétricas de vapor de agua
%VH2O=VH2O
Vg∗100
a) Horno:
%VH2O=14.18%
b) Sobrecalentador 1:
%VH2O=13.72%
c) Sobrecalentador 2:
%VH2O=13.49%
d) Economizador:
%VH2O=13.31%
e) CAR:
%VH2O=12.56%
f) VTI:
%VH2O=11.95%
67
9) Entalpia de los productos de la combustión:
H=Hg+Hc∨Hc=Entalpindeceniza=0
H=Hg
Hg=Hg+(α''−1 ) HA
Hg=VRO2HRO2
+ VN2HN2
+ VH2OHH2O
Para T=1250
Hg=(1.4402) (2846.65 )+(7.6578 ) (1775)+ (1.7529) (2237.95)
Hg=21615.12173KJkg
Ha=VaHaN
Ha=(9.6934 )(1797.7)
Ha=17,425.91048KJKg
Para el horno (α=1.195), (α''=1.235 )
Hg=Hg+(α''−1 ) (Ha )
Hg=21615.12173+(1.235−1 ) (17425.91048)
Hg=25,702.68955KJKg
68
10) Balance térmico del generador de vapor:
Calor disponible
Qd=Qbc+Qgca+Qat+Qfc
a) Calculo del valor calórico bajo del combustible.
Qbc=37,420.4781 KJ
Kg
b) Calor Fisico del combustible
QFc=CC (T (C) )
CC=1.783+ (0.0025) (TCc)
Tcombustible=36°C
CC=1.783+ (0.0025) (36)
CC=1.873KJKg
Qfc=(1.873 ) (36)
Qfc=67.428KJKg
69
c) Calor por el vapor de atomización
Tat=410°C
Pat=100 ¯man
Qat=Gat (Hat+Hrge)
Hat=3124.7808KgKg { Tat=410°C
Pat=100 ¯man
Hrge=2933.8767Kg
Kg {TGPCsalida=230°cPGPCsalVTI0.20 ¯man
Cat=0.5↓Gat
Qat=0.05(3124.7808+2933.8767 )
Qat=302.9329Kg
Kg
d) Calor físico del aire en el pre calentador de aire
La caldera para biodiesel no cuenta con precalentador deaire, por lo tanto:
Qpca=0
70
e) Calor disponible
Qd=Qbe+Qgca+Qat+Qkc
Qd=37420.478+0+302.9329+67.428
Qd=37790.8390Kg
Kg
71
11) Perdidas en el GV
Perdidas de calor con los gases de escape (q2 )
q2=(H¿−α¿˙Laf ) (100−q4 )Qd
H¿=entalpiadelosgasesdelescape=5045.81306{ tabladeentalpia (v+1 )Tvti=230 (interpolacion)
α¿=α''deVTI=1.525
Hat=Entalpiadelairefrio=156.28{ TabladeentalpiaAire
TCAR=120℃ (interpolacion)
Haf=Entalpiadelairefrioteorico=V4Haf=(9.6934) (156.28)=1514.892Kg
Kg
q4=0
Qd=37790.8390Kg
Kg
q2=(5048.81306−(1.525x15.14.892 )) (100−0)
37790.8390=7.24%
72
Perdidas por incombustion química (q3 )
Para hornos de cámara para liquidos
q3=0.5
q4=0Incombustionmecanica
q5=0.8PerdidasdecaloralexterioratravezdelasparedesdeGV
q6=0Perdidadecalorconlaceniza
q7=1160HVP
BQ(% )
HVP=51m2
BQ=Qutil=¿
q7=1160(51)68735.49
=8.6069%
73
Calor útil
BQ1=Quil=Dsc (Hsc−Haa )+Dus (H''−Haa)+Dri(Hssi−Heri)+Dp (H'−Haa)
Dsc=70Tónh
=Flujosobrecalentado=19.44Kg
seg
Dus=21Tónh
=Flujosaturado=5.833Kgseg
Dri=31Tónh
=Flujorecalentado=8.611Kg
seg
Dp=2Tónh
=Flujodepurga=0.555Kg
seg
Hsc=Entalpiadevaporsobrecalentadado=3124.7808{ Tsc=410°CPsc=100 ¯Man
H''=Entalpiadevaporsaturado=Px=2703.6{Psat=100 ¯Manx=1
Heri=Entalpiadevapordelrecalentadoentrada=2999.6444 {Teri=300°CPrc=27 ¯Man
Hgri=Entalpiadevapordelrecalentadosalida=3245.5395{Tsri=405°CPri=27 ¯Man
H'=Entalpiadepurga=1412.016{Psat=100 ¯Manx=0
Haa=Entradadealimentacion=414.0598{Ta=97.0°CPa=101 ¯Man
BQ.=Qutil=[19.444 (3124.7808−414.0598 )]+[5.833 (2703.6−414.0598 )]+[8.611 (3245.5395−2999.6994)]+[0.555 (1412.016−414.0598 )]
BQ=Qutil=68735.49KW
74
75
Eficiencia bruta de GV
Nb=100−(q2+q3+q4+q5+q6+q7 )
Nb=100−(7.241+0.5+0+0.8+8.6363)
Nb=82.853%
Método directo
Q1=Nb∙Qd100
=(82.853) (37790.8390)
100=31310.68
KgKg
Consumo de combustible
B=BQ.Q.
=QutilQ.
=68735.49
Kg
s
31310.68Kg
Kg
=2.195Kgseg
Consumo de combustible quemado o de cálculo
Bc=B(100−q4
100 )=(2.195 ) (100−0100 )
Bc=2.195Kg
seg
Bono de carbono anual.
Bc∗rCO2c
=(2.195 )∗(2.798 )=2.14161 Kgs
Bonodecarbono=2.141611000
∗3600∗8∗250
Bonodecarbono=44219.592Tonaño
76
77
ANEXOS
Mecanismo de reacción de los AGLs.
78
79
Diagrama general del funcionamiento del mecanismo dereacción.
80
Diagrama de la caldera.
81
Datos de operación para la caldera de combustión.
82
Datos de la composición del Combustible en relación al tipode ácido de origen.
Mecanismo de reacción de combustión ideal usando EXCEL.
83
Mecanismo de reacción de combustión real usando EXCEL
84
Resultados del Mecanismo de reacción de combustión.
85
Diagrama de Sankey de Eficiencia Energetica
86
BIBLIOGRAFÍA Experimental study on evaluation and optimization of
conversion of waste animal fat into biodiesel. Ghassan
M. Tashtoush, Mohamad I. Al-Widyan y Mohammad M. Al-
Jarrah.
http://www.sciencedirect.com/science?
_ob=MImg&_cid=271098&_user=8959742&_pii=S019689040300370
4&_origin=search&_coverDate=10%2F31%2F2004&view=c&wchp=d
GLzVlS-
zSkzV&_valck=1&md5=0a23c526e5d10cb3fec45de08b36b3e4&ie=/
sdarticle.pdf
Propiedades:
http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocom
bustibles/Biodiesel.asp
Mecanismo de reacción de transesterificación:
http://eciencia.urjc.es/bitstream/10115/686/1/PFC
%20ALISEDA%20MONTERO.pdf
Procesos de reacción presentes en Ácidos Grasos libres,
transesterificación, y cinética de reacciones:
http://www.jorgemarchetti.com.ar/Tesis/Quimica/
Capitulo5.pdf
http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/SPJF09/
nelson_spjf09.html
87
