Autores: Antonio Lecuona, Pedro Acisclo Rodríguez, Ciro Vereda, Rubén Ventas, Mathieu Legrand
Cuestión 1.
¿Por qué resulta complejo el cálculo de la composición y temperatura de los gases
producto de una combustión?
Porque las ecuaciones de equilibrio son numerosas y no lineales.
Cuestión 2.
¿Aparece el tiempo en algún lugar de las ecuaciones de la termoquímica?
El tiempo no aparece por tratarse del equilibrio.
Cuestión 3.
Defina lo que es temperatura adiabática de la llama.
𝑇𝑎𝑑: Temperatura alcanzada por los productos de una combustión completa del combustible en equilibrio, partiendo de los reactantes y sin pérdida de calor
Cuestión 4.
¿Es relevante la composición en detalle del combustible para el cálculo de la temperatura adiabática de la llama? ¿Cuáles son los 2 parámetros de la composición de un hidrocarburo combustible más relevantes?.
CLa composición de productos con combustión completa del combustible no depende mucho de la estructura de la molécula del combustible. Para un hidrocarburo, depende fundamentalmente de 𝑐/ℎ y de ℎ𝑓,0,𝑐𝑜𝑚𝑏.
Cuestión 5.
¿Cuál es la temperatura a partir de la cual es necesario tener en cuenta la disociación?
La disociación ha de tenerse en cuenta progresivamente por encima de unos 1.500 K.
Cuestión 6.
¿La disociación es reversible?
La disociación es reversible, pero la recombinación puede resultar lenta en comparación con el tiempo que dura la expansión en los MCI. Por ello es posible encontrar especies disociadas en el escape, p. e. simultáneamente CO y O2.
Cuestión 7.
¿Con que dosado relativo aparece la máxima temperatura adiabática de la llama?
La 𝑇𝑎𝑑,max se presenta con dosado ligeramente rico.
Cuestión 8.
¿Podría sustituir un cálculo de composición de equilibrio completo por una versión más
simple para mezcla pobre? ¿Y para mezcla rica? ¿Con que cálculo?
Con mezcla pobre se puede reducir el cálculo a 5 especies de combustión perfecta, reduciéndose el cálculo a un balance de moles y de masa. Para mezcla rica hay que añadir la presencia de CO y H2 como especies mayoritarias, con lo que ya es necesario añadir ecuaciones de equilibrio.
Cuestión 9.
A una temperatura de 2.000 K ¿es posible encontrar CO en los productos en equilibrio químico?, ¿cuándo?
Es posible encontrar CO con mezcla rica; pero a esa temperatura, incluso con mezcla pobre.
Cuestión 10.
¿Y a una temperatura típica de gas de escape de un motor?, tome 800 ºC para un
MEP, 400 ºC para un C y para una TG.
Con mezcla pobre no debería aparecer CO en los gases de escape, pues esas temperaturas moderadas indican que no debería haber disociación.
Cuestión 11.
¿Por qué entonces pueden medirse concentraciones de CO apreciables en el escape de un motor real actuando con mezcla pobre?
Por la lentitud de recombinación del CO disociado, en CO2 con el oxígeno presente, aparece CO en los gases de escape, incluso con combustión completa. Por otro lado, en todo motor hay una fracción del combustible que no arde, por diversos motivos, entre ellos por apagado de la llama cerca de las paredes. Por ello, aparece CO como producto intermedio de la llama y HC.
Cuestión 12.
¿Es posible la combustión perfecta con mezcla rica?
La combustión perfecta con mezcla rica no es posible al no haber oxígeno suficiente para oxidar completamente el combustible.
Cuestión 13.
¿Cuáles son las especies mayoritarias a considerar para una combustión perfecta?
Las especies mayoritarias con combustión perfecta son N2 mayoritariamente, CO2, H2O, O2, N2 y Ar, si se considera.
Cuestión 14.
¿Tiene la entalpía de formación del combustible importancia en 𝑇𝑎𝑑?
La entalpía de formación de los combustibles más habituales apenas si influye en 𝑇𝑎𝑑.
Cuestión 15.
. Explique la razón de que a pesar de una combustión completa, el rendimiento de
combustión alcanzable para mezcla rica sea netamente < 1.
El rendimiento de combustión 𝜂𝑐 no puede llegar a valer el 100% porque falta oxígeno para oxidar completamente el combustible.
Cuestión 16.
¿Qué especies son indicadoras de una combustión de bajo rendimiento?
Si aparece CO en el escape, es indicativo de combustión incompleta. Asimismo si aparece H2, pero es difícilmente medible. También, si aparecen hidrocarburos inquemados, es que el combustible no ha ardido completamente y por ello baja el rendimiento de combustión.
Cuestión 17.
¿Los moles de un elemento químico se conservan en una reacción?
Los moles de un elemento químico pueden desaparecer en una reacción, o aparecer de nuevas especies.
Cuestión 18.
La masa se conserva entre los reactantes y los productos, ¿y los moles totales?
Los moles totales no tiene porqué conservarse en una reacción química.
Cuestión 19.
Si los moles totales aumentan, ¿qué efecto cabe esperar en la presión en el cilindro
en comparación con que dicho aumento no existe? “ceteris paribus”
Si los moles aumentan, por aplicación de la ecuación de los gases ideales, ha de aumentar el producto 𝑃𝑉/𝑇.
Cuestión 20.
¿Por qué se emplea oxígeno puro cuando se desea obtener altas temperaturas?
El aire contiene casi un 80% de N2 en volumen, el cual no reacciona apenas. Por lo tanto, actúa de molécula zángana, capaz de absorber energía térmica. Por ello reduce la temperatura alcanzable en una combustión en comparación con el uso de oxígeno puro.
Cuestión 21.
¿Por qué se emplea acetileno como combustible cuando se desea obtener altas
temperaturas?
El acetileno tiene una entalpía de formación alta y una alta proporción de carbono, lo cual favorece el que la temperatura de sus productos de combustión sea más alta que con otros combustibles.
Cuestión 22.
¿Por qué se emplea mezcla ligeramente pobre en el corte de metales con el soplete
oxi-acetilénico?
Con el soplete oxi-acetilénico se emplea mezcla pobre para favorecer que el metal fundido arda y con ello desaparezca, facilitando el corte.
Cuestión 23.
Explique la indicación que ofrece el parámetro poder calorífico de la cilindrada 𝐿𝑖𝑚
acerca de la potencia máxima obtenible en un MCIA.
El poder calorífico de la cilindrada 𝐿𝑖𝑚 indica el calor que se liberará al arder completamente una mezcla estequiométrica en c. n. de p y T de un cierto combustible con aire. Por lo tanto, indica la potencia alcanzable con un MACI.
Cuestión 24.
¿Es este parámetro igual de indicativo para MEP y MEC?, en caso positivo ¿en qué manera?
𝐿𝑖𝑚 es indicativo para MEP pues pueden actuar con mezcla estequiométrica. En MEC no es tan indicativa, pues su máximo dosado está limitado por la aparición de NOx y humo negro (hollín) en el escape, no siendo posible llegar a dosado estequiométrico.
Reconocer autoría/Citar obra.
Lecuona, A., Rodríguez, P. A., Vereda, C., Ventas, R., Legrand, M. (10/02/2016). Cuestiones de autoevaluación del capítulo 2. Obtenido el 09/12/2019, desde el sitio Web de OCW - UC3M: http://ocw.uc3m.es/ingenieria-termica-y-de-fluidos/motores-termicos/autoevaluacion/capitulo-2.html.
