INDICECOMBUSTIN3TIPOS DE COMBUSTIN:4REACCIN EXOTERMICA:5OBJETIVOS DE LA COMBUSTION6COMBUSTIBLES8CARACTERSTICAS GENERALES:8PODER CALORFICO.9CLASIFICACIN DE LOS COMBUSTIBLES10Origen:10Grado de Preparacin10Estado de Agregacin10COMBUSTIBLES FOSILES11Carbn y sus derivados12Gas natural y sus derivados13El petrleo y sus derivados13Combustibles slidos.15Naturales15Otros combustibles vegetales.17Artificiales.17Combustibles lquidos.18Naturales.18Artificiales.18COMBUSTIBLES GASEOSOS.19Naturales.19Artificiales.20ENTALPIA22ENTALPIA DE COMBUSTION23PODER CALORIFICO24EVALUACIN DEL PODER CALORIFICO24Poder calorfico superior26Poder calorfico inferior26TEMPERATURA ADIABATICA DE LLAMA27LA ENTROPIA30TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA35CERO ABSOLUTO37CELULAS DE COMBUSTIBLE38EFICIENCIA DE LA COMBUSTION40

INGENIERIA ELECTRICA- ING. CIBRIAN VALDIVIA GUTIERREZ

COMBUSTIN

En el siguiente trabajo de investigacin se dar una introduccin a los procesos de combustin, se podr en que consiste el proceso, cuales son los combustibles utilizados y los factores que influyen en el proceso de combustin.

QUE ES LA COMBUSTIN:No es mas que una reaccin de oxidacin, en la cual un combustible en forma de pequea partculas o gas se combina con un comburente (normalmente Oxigeno), para producir gases constituidos principalmente por: CO CO2 H2O S2OPero dependiendo del grado de ruptura de los enlaces carbono e hidrogeno que contiene el combustible, tambin se pueden producir otros gases o hidrocarburos de bajo peso molecular tales como: CH4 C2H6 C2H4

TIPOS DE COMBUSTIN:

La cantidad de mayor o menor grado de CO y CO2 en los gases productos de la combustin depender del tipo de reaccin que se lleve a cabo.Asi sabemos que existen dos tipos de combustin:La Combustin completa: En la cual todo el carbono presente en el combustible reacciona con el oxgeno para producir CO2.La Combustin incompleta: El carbono reacciona parcialmente con el oxgeno para producir CO, esta reaccin se da de forma incompleta debido a un poco cantidad de oxgeno, disponible para reaccionar con el carbono presente en el combustible.En ambos casos todo el hidrogeno siempre va reaccionar con el oxgeno para formar vapor de agua.Aparte de los gases producidos en las reacciones de combustin, este tipo de procesos tambin liberan energa en forma de calor, debido a que las reacciones son bastante exotrmicas.REACCIN EXOTERMICA:

Para entenderlo mejor veamos el diagrama de Energia de formacin vs Avance de la reaccin. En una reaccin exotrmica la energa de formacin de los reactivos es mucho mayor que la formacin de los productos.Por tanto cuando calculamos el AHR de reaccin (energa involucrada en cualquier reaccin qumica) en la cual restamos el AHf de los reactivos al AHf de los productos, para las reacciones exotrmicas obtenemos un valor de energa negativo, esto indica que el proceso va LIBERAR ENERGIA.Es decir que sis estamos en un estado de mayor energa que es el caso de los combustibles y se quiere pasar a un estado de menos energa que es el caso de los gases producto de la combustin, debemos eliminar este delta de energa y la reaccin lo hace en forma de calor.

Cabe decir que para las reacciones endotrmicas ocurre todo lo contrario.

Tambin es importante resaltar que para el inicio de una reaccin de combustin es necesario suministrar cierta cantidad de energa, hasta alcanzar la temperatura de ignicin.

Despues de este momento el sistema ha alcanzado, la energa suficiente, para continuar por si misma, es decir ser auto sostenible.OBJETIVOS DE LA COMBUSTION

Hay dos objetivos principales: Producir energa aprovechable para otros procesos industriales, tal es el caso de las caldera, que son equipos que sirven para generar corrientes de servicios como vapor de agua, tambin se emplea en los intercambiadores de calor, en los cuales aumentamos la temperatura ya sea de materias primas o de productos y los economizadores que son unidades que comnmente van acopladas a las calderas y sirven para aumentar la temperatura del agua que posteriormente se formara en estado de vapor.

El segundo objetivo sera obtener de dicha quema, gases que van a servir como combustibles secundarios. Ahora se le conoce como combustible secundario porque parten de un combustible primario que puede ser un combustible solido o un combustible liquido. Estos combustibles solidos tienen la ventaja de tener mayor facilidad de manejo y adems de que se combinan fcilmente con el oxigeno. Gasificacin: Cuando la materia combustible es exclusivamente el carbn. Carburacin: Cuando lo que se quiere es enriquecer el gas secundario obtenido de la gasificacin al hacerlo reaccionar con un combustible de mejor calidad, normalmente un aceite.

EJEMPLO APLICATIVO DE COMBUSTION

Un cohete es propulsado por la rpida expansin de los gases que se producen cuando se quema el combustible en la cmara de combustin.En un cohete de combustible lquido el combustible y el oxidante se almacenan en forma liquida en tanques separados.Los lquidos pasan por unas tuberas a unas bombas que los llevan a presin a la cmara de combustin, el oxidante se mezcla con el combustible proporcionndole el oxgeno necesario para quemarse y se producen grandes cantidades de gases en expansin, los gases calientes presionan contra las paredes de la cmara de combustion.La fuerza ejercida por los gases contra un lado de la cmara se equilibra con la fuerza ejercida sobre el lado opuesto, por lo que la fuerza lateral es nula, sin embargo la presin de los gases contra la parte superior de la cmara no est equilibrada porque en la tobera no hay una pared contra la que se pueda hacer fuerza, por tanto la fuerza neta de los gases empuja la cmara hacia arriba lo que impulsa el cohete.

COMBUSTIBLES

Es cualquier material capaz de liberar energa cuando se quema, y luego cambiar o transformar su estructura qumica. Supone la liberacin de una energa de su forma potencial a una forma utilizable. La gasolina no solo est compuesta de Carbono e hidrgeno, entonces saldrn muchos gases (CO, NOx, CO2, NO, SH2 ,..) Gasolina: C8H18 + 25/2O2 --------- 8CO2 + 9H2O+GASES El promedio de la formula qumica para Disel comn es C12H26, variando entre C10H22 a C15H32

CARACTERSTICAS GENERALES:

El conocer algunas caractersticas de los combustibles resulta til para seleccionar el ms adecuado a cada necesidad. Humedad. Cantidad de agua que contiene el combustible, expresada en %.

Materias voltiles. Prdida de masa que sufre un combustible seco al calentarlo, en ausencia de oxgeno, durante 7 minutos a 925 0C. Al residuo slido obtenido se le denomina coque.

Contenido en Carbono. Materia que se desprende al quemar el coque obtenido.

Cenizas. Residuos resultantes de la combustin completa de un combustible a una temperatura entre 800 C y 825 C.

- Disminuyen la calidad del combustible - Bajan la temperatura de combustin. - Dificultan el contacto entre combustible y comburente.

PODER CALORFICO.Cantidad de calor desprendida en la combustin completa de una unidad de masa o volumen de combustible.

- PC superior. Poder calorfico obtenido en la combustin producida en un calormetro ms el desprendido por el agua que se condensa en sus paredes. Por tanto, es el calor que se desprende en la combustin ms el calor latente de condensacin del agua contenida en los humos.

- PC inferior. Poder calorfico obtenido en la combustin producida en un hogar industrial, es decir, sin condensacin de agua. No se tiene en cuenta, por tanto, el calor desprendido por el vapor de agua contenido en los humos cuando se condensa.

- PC real o til. Poder calorfico del combustible una vez que se descuenta el calor producido por los humos.

CLASIFICACIN DE LOS COMBUSTIBLES

Los combustibles se pueden clasificar segn su origen, grado de preparacin, estado de agregacin.

Origen:

Fsiles: Proceden de la fermentacin de los seres vivos. Los combustibles fsiles ms utilizados son el petrleo, el carbn y el gas natural. Qumicamente, los combustibles fsiles consisten en hidrocarburos, que son compuestos formados por hidrgeno y carbono; algunos contienen tambin pequeas cantidades de otros componentes. Los hidrocarburos se forman a partir de antiguos organismos vivos que fueron enterrados bajo capas de sedimentos hace millones de aos.

No fsiles. El resto Grado de PreparacinNaturales: Se utilizan tal y como aparecen en su origen Elaborados: Antes de ser consumidos se someten a determinados procesos de transformacin Estado de AgregacinSlidos: Se encuentran en tal estado en la naturaleza o una vez transformados. Por ejemplo, la madera, el carbn.. Lquidos: Cualquier lquido que pueda ser usado como combustible y que pueda ser vertido y bombeado. Gaseosos: Se encuentran en estado gaseoso. Se incluye el gas natural y todas sus variedades. Tambin el gas de carbn, de petrleo, de altos hornos, gas ciudad y diversas mezclas. COMBUSTIBLES FOSILESSe agrupan bajo esta denominacin el carbn, el petrleo y el gas natural, productos que por sus caractersticas qumicas se emplean como combustibles. Se han formado naturalmente a travs de complejos procesos biogeoqumicos, desarrollados bajo condiciones especiales durante millones de aos. La materia prima a partir de la cual se generaron incluye restos vegetales y antiguas comunidades planctnicas.

Constituyen un recurso natural no renovable.Carbn y sus derivados

El carbn es el combustible fsil ms abundante. Desde el punto de vista geolgico es una roca sedimentaria, cuyos estratos estn compuestos enteramente por restos vegetales de pantanos (troncos y ramas, races, polen y esporas, algas, en diferentes proporciones). La mayor masa de carbn es de origen paleozoico. De acuerdo con las condiciones de formacin, fundamentalmente del calor y de la presin imperantes tras la descomposicin de los vegetales, existen diversos tipos de carbn: Lignito: tiene un color marrn oscuro y es el de ms reciente formacin. Su proporcin de carbono es baja y en general se halla cerca de la superficie, lo que facilita su extraccin. Sin embargo, no tiene un poder calorfico relevante, ya que posee gran cantidad de restos vegetales no descompuestos.Hulla: es el carbn ms comn, y su combustin origina serios problemas medioambientales como la lluvia acida, debido a que tiene importantes cantidades de azufre. Tiene mayor proporcin de carbono, menor porcentaje de humedad y mayor poder calorfico que el lignito. Se encuentra a mayor profundidad que ste. Antracita: es el ms rico en carbono (90 a 100 %), debido a que estuvo expuesto a temperaturas y presiones muy altas durante su formacin. Por ello, tiene mayor capacidad energtica y es menos contaminante. Normalmente, se encuentra en finas capas y a gran profundidad. Eso hace que su explotacin resulte muy costosa.Gas natural y sus derivados El gas natural se halla en yacimientos aislados y, en ocasiones, junto al petrleo. Contiene voltiles de bajo peso molecular (hasta ocho tomos de carbono) y, en lneas generales tiene la siguiente composicin: metano: 80%; etano: 13%; propano: 3%; butano: 1 %; alcanos C5 a C8: 0,5%; nitrgeno: 2,5%; CO2, H2, He: el resto. De esa mezcla de gases se suelen separar, por licuacin, los hidrocarburos de tres carbonos en adelante, que son envasados a presin y empleados como combustible, como el propano o el butano. La fraccin gaseosa del metano y el etano es distribuida a travs de gasoductos y es lo que se conoce en la prctica como el gas natural, utilizado, por ejemplo, en las calefacciones.

Planta de gas natural para calefaccin hogareaEl petrleo y sus derivados El petrleo se encuentra en yacimientos dispersos por numerosos puntos de la corteza terrestre, trata de un lquido espeso; compuesto por una gran cantidad de hidrocarburos, la mayor parte de ellos alifticos de cadena abierta, aunque en algunas son bsicamente hidrocarburos cclicos y aromticos. En mucha ocasiones aparecen a grandes bolsas de gas natural que an no se ha disuelto en el petrleo. Recin trado del yacimiento, el petrleo crudo no tiene aplicacin comercial, por lo qu es necesario someterlo a un proceso de destilacin fraccionada en refineras, para sepa en distintas partes en funcin de su punto de ebullicin. De las diversas fracciones de petrleo, las que tienen aplicacin como combustible son las siguientes: FraccinN. de CarbonosAplicacin

Gases 2CO2 (g) + 2H2O (l) H = -212.8 KcalDondeH es la entalpa (en julios). U es la energa interna (en julios). p es la presin del sistema (en pascales). V es el volumen del sistema (en metros cbicos). Por ejemplo el gas butano tiene una Entalpa de combustin= -687.4 kcal/mol (el signo indica que cede energa)

PODER CALORIFICO

Elpoder calorficoes la cantidad deenergaque launidad de masade materia puede desprender al producirse unareaccin qumicadeoxidacin(quedan excluidas las reacciones nucleares, no qumicas, defisinofusinnuclear, ya que para ello se usa la frmula E = mc).El poder calorfico expresa la energa que puede liberar la unin qumica entre uncombustibley elcomburentey es igual a la energa que mantena unidos lostomosen las molculasde combustible (energa de enlace), menos la energa utilizada en la formacin de nuevas molculas en las materias (generalmente gases) formadas en lacombustin.EVALUACIN DEL PODER CALORIFICO

En realidad, el poder calorfico de cada combustible tiene siempre el mismo valor, sin embargo, en la prctica comn se han definido dos valores para cada uno de ellos, valores que se llamanpoder calorfico superior(abreviadamente,PCS) ypoder calorfico inferior(abreviadamente,PCI).La mayora de los combustibles usuales son compuestos decarbono e hidrgeno, que al arder se combinan con el oxgeno formandodixido de carbono(CO2) yagua(H2O) respectivamente. Cuando se investig cientficamente el proceso de la combustin, se consider que para el buen funcionamiento de lascalderasdonde se produca, era necesario que los gases quemados salieran por el conducto de humos a una cierta temperatura mnima para generar el tiro trmico necesario para un buen funcionamiento. Esta temperatura est por encima de los 100 C, por lo que el agua producida no se condensa, y se pierde elcalor latenteocalor de cambio de estado, que para el agua es de 2261kilojulios(540kilocaloras) porkilogramode agua, por lo que se defini elpoder calorfico inferior, para que las calderas tuvieran, aparentemente, unos rendimientos ms alentadores.Por ello, se us la denominacinpoder calorfico superiorpara el calor verdaderamente producido en la reaccin de combustin ypoder calorfico inferiorpara el calor realmente aprovechable, el producido sin tener en cuenta la energa de la condensacin del agua y otros procesos de pequea importancia.Cuanto mayor sea la cantidad relativa de hidrgeno en la composicin qumica del combustible, mayor diferencia (tambin relativa) habr entre los dos calores definidos.La mayor parte de las calderas y losmotoressuelen expulsar el agua formada en forma de vapor, pero actualmente existencalderas que aprovechan el calor de condensacin, con rendimientos mucho ms altos que las tradicionales, son superiores al 100% del PCI, pero, por supuesto, siempre inferiores al 100% del PCS. Sin embargo, para condensar el vapor, no pueden calentar el agua a ms de a unos 70 C, lo que limita sus usos y adems, solamente pueden usarse con combustibles totalmente libres deazufre(como la mayora de los gases combustibles), para evitarcondensaciones cidas; por falta de temperatura suficiente y, por lo tanto, por falta detiro trmico, en estas calderas la evacuacin de los gases debe hacerse por medio de unventilador.

Poder calorfico superior

Es la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de una unidad de volumen de combustible cuando elvapor de aguaoriginado en la combustin est condensado y, por consiguiente, se tiene en cuenta el calor desprendido en este cambio de fase.El poder calorfico de una muestra de combustible se mide en una bomba calorimtrica. La muestra de combustible y un exceso de oxgeno se inflama en la bomba y tras la combustin, se mide la cantidad de calor. La bomba se enfra con este fin a temperatura ambiente. Durante dicho enfriamiento, el vapor de agua se condensa y este calor de condensacin del agua est incluido en el calor resultante.

Poder calorfico inferior

Es la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de una unidad de volumen de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la combustin, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor. Es el valor que interesa en los usos industriales, por ejemplo hornos o turbinas, en los que los gases de combustin que salen por la chimenea o escape estn a temperaturas elevadas, y el agua en fase vapor no condensa.

TEMPERATURA ADIABATICA DE LLAMALa temperatura alcanzada cuando se quema un combustible en aire u oxgeno sin ganancia o prdida de calor se denomina temperatura terica de la llama. Se considera el supuesto de que no se realiza ningn trabajo mecnico y que los nicos trminos de energa que intervienen son la energa interna y el trabajo de flujo. Las mismas limitaciones estn comprendidas en el clculo de temperatura de llama u otras reacciones por estos mtodos. Debe conocerse la composicin verdadera de los productos, incluida la presencia de reactivos que han reaccionado, radicales libres y tomos libres, y el mtodo no se puede aplicar a la primera fraccin de segundo requerida para alcanzar los valores de equilibrio de las capacidades calorficas. La mxima temperatura adiabtica de llama se alcanza cuando se quema el combustible con la cantidad tericamente necesaria de oxgeno puro. La mxima temperatura adiabtica de llama en aire corresponde a la combustin con la cantidad de aire tericamente necesaria y es, evidentemente, mucho menor que la mxima temperatura de llama en oxgeno puro. Debido a la necesidad de emplear un exceso de aire para asegurar la combustin completa, las temperaturas de llama adiabticas de las combustiones reales son siempre menores que los valores mximos. La temperatura adiabtica de llama, supuesta la combustin completa, siempre es mayor que la que se puede obtener por combustin real bajo las mismas condiciones iniciales determinadas. Siempre hay prdida de calor de la llama, y es imposible obtener una combustin completa a altas temperaturas. La conversin parcial de estas reacciones se obtienen estableciendo condiciones definidas de equilibrio entre los productos y los reactivos. CMO SE DETERMINA?La temperatura adiabtica de llama se puede determinar mediante el uso de los principios de conservacin de la masa y de la energa. Para ilustrar el procedimiento, supongamos que tanto el aire de combustin como los productos de la combustin forman mezclas de gases ideales.

Entonces, con las otras hiptesis establecidas antes, la ecuacin desbalance de energa por mol de combustible se reduce a la forma:e: flujos de entrada del combustible y aire.s: productos de la combustin a la salida.

Los n se obtienen en base por mol de combustible, de la ecuacin ajustada de la reaccin qumica. Las entalpias de formacin de reactivos y productos se obtienen de Tablas.En situaciones en las que no se disponga de la entalpia de formacin del combustible se puede emplear como dato la entalpia de combustin. Conociendo los estados de los reactivos al entrar al reactor, los trminos h para los reactivos se pueden calcular como se vio anteriormente. As, todos los trminos del segundo miembro de ultima ecuacin pueden calcularse.Los trminos (h)s en el primer miembro dan cuenta de las variaciones en la entalpia de los productos desde Tref hasta la temperatura adiabtica de llama desconocida.Puesto que la temperatura incgnita aparece en cada termino de la suma del primer miembro de la ecuacin, la determinacin de la temperatura adiabtica de llama requiere iteracin: Se supone una temperatura para los productos y se utiliza para evaluar el primer miembro de la ultima ecuacin. El valor obtenido se compara con el determinado previamente para el segundo miembro de la ecuacin. Se continua el procedimiento hasta obtener un acuerdo satisfactorio.

LA ENTROPIA

El Segundo Principio de la Termodinmica se convierte en una ley fuertemente predictiva y con un potencial de clculo muy grande gracias al concepto de entropa, S.Ideas asociadas y caractersticas La entropa se emparenta con el desorden; hay quien afirma que la entropa es una medida del desorden presente en un sistema: y a mayor desorden, mayor entropa. Los aumentos de entropa se asocian a la degradacin de la energa (energa til, que puede ser transformada en energa mecnica -por ejemplo- se degrada a energa intil, que an estando, no puede ser aprovechada). la entropa es un escalar (como la energa), no tiene ni direccin ni sentido, es slo un nmero, con sus unidades. de la entropa (como de la energa) no interesa saber cunto vale sino cunto aumenta o cunto disminuye, o si se mantiene constante. La mayora de las veces ni siquiera es posible el clculo de la cantidad de entropa, S, en cambio es sencillo conocer lo que verdaderamente interesa, su variacin, S. La entropa es una funcin de estado, (como P, V, T, U) lo que significa que vale lo mismo si las condiciones son idnticas, no depende de la historia del sistema ni del proceso que realiza (como Q, L).

LA VARIACIN DE ENTROPASe trata de la suma exhaustiva de todos los cocientes entre los pequeos intercambios de calor divididos la temperatura absoluta a la que se realizaron esos intercambios, pero con la condicin de que el calor intercambiado lo haya sido en una transformacin de tipo reversible.

Variacin de entropa a T constanteSi en la transformacin cuya variacin de entropa queremos estudiar, la temperatura se mantuvo constante, entonces la suma integral queda mucho ms sencilla.

Los clculos de variacin de entropa son muy tiles, y en muchsimos casos vas a poder calcularla fcilmente con esa ltima definicin. Las unidades internacionales para entropa sern: [S] = J/K, (Joule sobre Kelvin). Pero qu es Qrev?Calor reversible, QrevNo existe un calor reversible. Es el nombre que se le da al calor intercambiado en una transformacin reversible. Las transformaciones reversibles tampoco existen. En nuestro universo est prohibido volver atrs. Una pequea porcin de universo s puede volver atrs (por ejemplo: nada te impide volver a leer este apunte desde el principio porque te diste cuenta que requiere ser ledo con ms atencin)... pero el universo, en su conjunto, no puede.Y si las transformaciones reversibles no existen... a qu nos referimos cuando hablamos de ellas? Nos estamos refiriendo justo a ese lmite infranqueable, al que podemos acercamos pero nunca traspasar. Lo que se llama una transformacin ideal.Puede ocurrir que una transformacin proceda sin intercambio de calor. Se puede calcular la variacin de entropa para ese proceso? S: hay que conocer el estado inicial y final del proceso, e imaginar una evolucin reversible cualquiera (puede haber muchas) que los conecte. Esa evolucin, seguramente, no tendr nada que ver con la original, pero la variacin de entropa ser la misma, ya que la entropa es una funcin de estado (no depende del "camino" que haya tomado el sistema).Qu caractersticas tienen esas transformaciones ideales, reversibles? En este otro apunte las describo con un poco ms de detalle, pero lo que a vos te interesa a los fines del clculo es que las transformaciones ideales se llevan a cabo pasando por una sucesin de estados definidos, donde todos los parmetros que describen la transformacin (por ejemplo temperatura, presin, volumen, etctera) se conocen con certeza.LA ENTROPA Y EL SEGUNDO PRINCIPIOLa formulacin del Segundo Principio de la Termodinmica que implica a la entropa dice escuetamente: en cualquier transformacin, la entropa del universo aumenta: SU > 0Prstale atencin a este ejemplo sencillsimo.En un vaso mets la mitad de agua caliente (ac) y la mitad de agua fra (af). El calor que el agua caliente le cede al agua fra, es igual al calor que el agua fra recibe del agua caliente. Despus de mezclarse suficientemente ambas partes terminan a la misma temperatura.El agua fra aument su entropa y el agua caliente la disminuy. Sin embargo, en valor absoluto, el aumento de la entropa del agua fra es mayor que la disminucin de la caliente... por lo que la entropa total del sistema habr aumentado.De dnde sali esa entropa adicional? La respuesta es que ha sido creada durante el proceso de la mezcla. Y ya no puede volverse atrs: esa cantidad de entropa recin creada ya no puede ser destruda, el universo deber cargar con ese aumento por toda la la eternidad. En smbolos: Sac + Saf > 0 ( Sac < 0 y Saf > 0)El signo de la variacin de entropa (o sea, si aumenta o disminuye) lo da el numerador de la definicin de variacin de entropa, ya que el denominador (la temperatura absoluta) es siempre positiva. Por lo tanto si un cuerpo cede calor disminuir su entropa (S < 0) y si un cuerpo recibe calor, aumentar su entropa (S > 0).

VARIACIN DE ENTROPA EN UNA MQUINA TRMICAResulta asombrosamente descriptiva la aplicacin del 2do. Ppio (versin entropa) al funcionamiento de una mquina trmica:Hay tres cuerpos presentes en este funcionamiento: la fuente caliente, la fuente fra y la mquina propiamente dicha. Luego, la variacin de entropa total, o sea, la variacin de entropa del universo, ser igual a la suma de las variaciones de entropa de cada cuerpo:S1 + SM + S2 > 0

La mquina funciona cclicamente volviendo constantemente al mismo estado. Por lo tanto no vara su entropa, SM = 0.Los otros dos cuerpos, por ser fuentes, no varan su temperatura, de modo que nos facilitarn enormemente el clculo de su variacin de entropa:( Q1 /T1 ) + (Q2 /T2 ) > 0Q1 es un calor cedido por la fuente caliente, por lo tanto, a los fines del clculo de la variacin de entropa de la fuente caliente, ese calor es negativo. (Q2 /T2 ) > (Q1 /T1)Todas las mquinas trmicas funcionan de manera tal que el cociente entre el calor desperdiciado dividido la temperatura a la que se produce la prdida, es mayor que el cociente entre el calor tomado de la fuente caliente dividido la temperatura de la fuente.Cunto mayor tiene que ser el primer miembro que el segundo?El segundo principio no lo dice... dice solamente que tiene que ser mayor. 3 veces mayor, dos veces, 1,2 veces, 0,1 vez mayor, 0,00001 vez... el lmite (argucia fsica, no real) de este razonamiento es que los cocientes pueden llegar a ser iguales. A esa situacin lmite la llamamos ideal. Pero en una mquina ideal, una mquina perfecta, el primer miembro ser igual al segundo. Y transformar energa calrica en energa mecnica de un modo reversible, ideal y con el mximo rendimiento posible. En esa mquina ideal que descubri el francs Sadi Carnot bastante antes de que se postulase el 2do. Ppio., se estar cumpliendo que...(Q2 /T2 ) = (Q1 /T1)

O lo que es lo mismo:(Q2 /Q1) = (T2 /T1)y su rendimiento (mximo rendimiento posible): = 1 (Q2/Q1) = 1 (T2/T1)cuando los ingenieros vieron esta conclusin rpidamente salieron a fabricar mquinas con calderas ms calientes, y con vertedores (radiadores) ms fros. Las industrias se mudaron a las mrgenes de los ros o costas martimas. Los industriales se forraron de guita y el Planeta empez a calentarse.``Cuando se formula el Tercer Principio de la termodinmica, que establece que la entropa de un cristal perfecto, a 0K es nula, se da un verdadero valor absoluto a la entropa, pues fija un estado de referencia universal.``TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICAEl segundo principio sugiere la existencia de una escala de temperatura absoluta con un cero absoluto de temperatura. El tercer principio de la termodinmica afirma que`` el cero absoluto no puede alcanzarse por ningn procedimiento que conste de un nmero finito de pasos``. Es posible acercarse indefinidamente al cero absoluto, pero nunca se puede llegar a l. En el cero absoluto el sistema tiene la mnima energa posible (cintica ms potencial).Otro conceptoEn trminos simples, que el tercer principio de la termodinmica indica que`` la entropa de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula``. Por consiguiente, el tercer principio provee de un punto de referencia absoluto para la determinacin de la entropa. La entropa relativa a este punto es la entropa absoluta.Una aplicacin del tercer principio es con respecto al momento magntico de un material. Los metales paramagnticos (con un momento aleatorio) se ordenarn a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podran ordenar de manera ferromagntica (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o de manera anti ferromagntica.El Tercer Principio permite conocer la entropa de cualquier sustancia en el lmite de 0 K (imaginando una reaccin qumica, a P=1bar, entre elementos a T=0K, se obtendra cualquier compuesto a T=0K, y P=1bar y su S sera 0 J/K).Manteniendo P=1bar

CERO ABSOLUTO

Es la menor temperatura tericamente posible. El cero absoluto corresponde a -273,15 C, o cero en la escala termodinmica o Kelvin (0 K).El concepto de un cero absoluto de temperatura surgi por vez primera en relacin con experimentos con gases; cuando se enfra un gas sin variar su volumen, su presin decrece con la temperatura. Aunque este experimento no puede realizarse ms all del punto de condensacin del gas, la grfica de los valores experimentales de presin frente a temperatura se puede extrapolar hasta presin nula. La temperatura a la cual la presin sera cero es el cero absoluto de temperatura. Posteriormente se demostr que este concepto deducido experimentalmente era consistente con las definiciones tericas del cero absoluto.Los tomos y molculas de un objeto en el cero absoluto tendran el menor movimiento posible. No estaran completamente en reposo, pero no podran perder ms energa de movimiento, con lo que no podran transferir calor a otro objeto.

Segn la tercera ley de la termodinmica, la entropa (o desorden) de un cristal puro sera nula en el cero absoluto; esto tiene una importancia considerable en el anlisis de reacciones qumicas y en la fsica cuntica. Los materiales presentan propiedades extraas cuando se enfran a temperaturas muy bajas.

El cero absoluto implicara falta total de movimiento atmico.

CELULAS DE COMBUSTIBLESon dispositivos electroqumicos que convierten directamente energa qumica en elctrica, con un alta eficiencia. Sin partes mviles internas, las Clulas de Combustible operan de forma similar a las pilas secas, excepto que para la produccin continua de electricidad requieren el suministro continuo de combustible, normalmente hidrgeno. Funcionan bajo el principio de intercambio de carga electroltica entre una placa de nodo positiva y una placa de ctodo negativa. Cuando se utiliza hidrgeno como combustible bsico se produce hidrlisis inversa, produciendo agua y calor como subproductos, sin producir contaminantes.

Las Clulas de combustible no obtienen la energa de la manera clsica en la que una combustin produce energa calorfica, esta a su vez se convierte en energa mecnica y finalmente la energa mecnica se transforma en electricidad. Las Clulas de combustible combinan las molculas de un combustible y un oxidante sin el proceso de combustin, evitando as la polucin y obteniendo un mayor rendimiento.

Tipos:cido fosfrico (PACFs): Estas Clulas de combustible utilizan cido fosfrico como electrolito y generan electricidad a ms del 40% - y cerca del 85% si el vapor que sta produce es empleado en cogeneracin comparado con el 30% de la ms eficiente mquina de combustin interna. Las temperaturas de operacin se encuentran en el rango de los 400F. Este es el tipo de Clulas de combustible ms desarrollado a nivel comercial y ya se encuentra en uso en aplicaciones tan diversas como clnicas y hospitales, hoteles, edificios de oficinas, escuelas, plantas elctricas y una terminal aeroportuaria. Tambin pueden ser usadas en vehculos grandes tales como autobuses y locomotoras.Carbonato fundido (MCFCs): El electrolito es una sal carbonatada, que funde a una temperatura de operacin de aproximadamente 1200F (temperatura de trabajo). Se pueden obtener de ellas altas eficiencias combustible-electricidad y la capacidad para consumir combustibles base carbn.xido slido (SOFCs): Un sistema de xido slido normalmente utiliza un material duro cermico en lugar de un electrolito lquido permitiendo que la temperatura de operacin alcance los 1800F. Los rendimientos de generacin de potencia pueden alcanzar una 60%. Podran ser utilizadas en aplicaciones de alta potencia incluyendo estaciones de generacin de energa elctrica a gran escala e industrial. Junto con las MCFMs son las nicas que pueden utilizar monxido de carbono como combustible.Polmero slido o Membrana de Intercambio Protnico (PEM): Contienen un polmero slido como electrolito. Estas Clulas operan a relativamente bajas temperaturas (80C), tienen una densidad de potencia alta, pueden variar su salida rpidamente para satisfacer cambios en la demanda de potencia y son adecuadas para aplicaciones donde se requiere una demanda inicial rpida, tanto en equipos para la generacin de energa elctrica estacionarios como para automviles.Los diferentes tipos de clulas de combustible se caracterizan generalmente por el material de su electrolito. El electrolito es la sustancia que sirve como puente para el intercambio de iones entre el nodo y el ctodo. Existen 5 tipos diferentes de clulas de combustible:

EFICIENCIA DE LA COMBUSTIONLa eficiencia total de combustin se define como la eficacia de cualquier aparato de combustin para convertir la energa interna contenida en un combustible en energa calrica para ser usada en el proceso. Eficiencia de combustin es la energa total contenida por unidad de combustible menos la energa llevada por los gases de combustin y el combustible no quemado.Antes de realizar grandes inversiones de capital para mejorar el rendimiento de la caldera, se debe maximizar la eficiencia de la combustin y el mejor camino para hacerlo es medir el oxgeno y el combustible no quemado en el gas de combustin en forma continua.

TEORA Y ESTEQUIOMETRA DE LA COMBUSTINLos tres componentes esenciales de la combustin son combustible, oxgeno y calor. La combustin estequiomtrica est definida como la cantidad exacta de oxgeno y combustible para que se alcance la mayor cantidad de calor. En la mayora de los combustibles fsiles, los elementos qumicos que reaccionan con el oxgeno para liberar calor son el carbono y el hidrgeno.Las reacciones estequiomtricas para carbn puro, oxgeno e hidrgeno, son las siguientes:

Para estas reacciones estequiomtricas de combustin, solamente calor y CO2o H2O son el resultado.Los combustibles comunes consisten de compuestos que contienen ciertas cantidades de hidrgeno y carbono. El calor liberado cuando se quema el combustible se conoce como calor de combustin.Idealmente, se quiere proveer la cantidad justa de aire para quemar completamente todo el combustible, pero esto resulta difcil de alcanzar por inadecuadas mezclas de aire y combustible, rendimiento de los quemadores, fluctuaciones de operacin, condiciones ambientales, y desgaste del quemador, entre otras razones.Para garantizar que el combustible es quemado y que muy poco o nada escapa en los gases de combustin, se provee una cierto exceso. Para garantizar que este exceso de aire no sea mayor que el requerido, se mide el excedente de oxgeno en el gas de combustin, y para asegurar que la cantidad de hidrgeno o monxido de carbn en el gas de combustin est minimizada, se deben medir los combustibles no quemados.

Figura 1. Eficiencia de combustin estequiomtrica.

La importancia del exceso de aireLa prdida de calor en los gases de combustin es la principal prdida de energa en un proceso de este tipo y es imposible de eliminar, porque los productos de este proceso son calentados por el proceso mismo. No obstante, puede ser minimizada reduciendo la cantidad de exceso de aire suministrado al quemador.Ya que el oxgeno en los gases de combustin est directamente relacionado al exceso de aire, un analizador de oxgeno es la mejor manera para controlar la cantidad de exceso de aire y la prdida de calor asociada.

Prdidas por combustible no quemadoNunca se debe operar un quemador con menos aire que el requerido estequiomtricamente para la combustin. No slo resultara en una chimenea humeante, sino que reducira significativamente la energa total liberada en el proceso debido al combustible no quemado.Si un quemador es operado con una deficiencia de aire, no se quemar todo el combustible y la cantidad de combustibles (CO y H2) en los gases de combustin se incrementa.

Figura 2. Puntos ptimos de control en funcin de la carga de combustibley el nivel de CO.

MEDICIN DE OXGENO Y COMBUSTIBLESPara mantener altos niveles de eficiencia de combustin, oxgeno y combustibles en los gases de combustin deben ser medirse. Esto lleva al principio fundamental de la eficiencia de combustin: "La eficiencia de combustin es maximizada cuando la cantidad correcta de exceso de aire es suministrado para que las prdidas de energa por el combustible no quemado y el calor de los gases de combustin sea minimizada".

Analizadores combinados de oxgeno y combustibles permiten que ambas mediciones sean realizadas en un nico punto de muestreo. As, la fuente del exceso de aire puede ser controlada continuamente, minimizando las prdidas de calor y el combustible no quemado y asegurando una operacin ms eficiente de su caldera. 31