C.COMBUSTIN HILTON

AULA VIRTUAL

USANDO: PLATAFORMA EDUCATIVA MOODLE Y/OPLATAFORMA EDUCATIVA DOKEOS(An no instalados en el servidor de la UNI)

CURSO: LABORATORIO DE ING. MECNICA II

EXPERIENCIA 2: CMARA DE COMBUSTIN HILTON

ING. OSWALDO MORALES TAQUIRI

2008

FUNDAMENTO TERICOIntroduccin El rango de uso de la unidad de instruccin HILTON es extenso, desde una prueba simple pero efectiva para operarios de caldero, hasta desarrollo de proyectos e investigaciones.Descripcin La Cmara de combustin Hilton, es una cmara de combustin a presin constante.Partes constitutivas de la unidad.Quemador: puede ser utilizado en forma independiente con gas, kerosn o con combinacin de ambos.Cmara de combustin: constituido por. 1.- Cmara Refractaria. 2.- Cmara de Combustin. 3.- Chimenea. 4.- Siete Visores. 5.- Orificio para el tubo muestreador. 6.- Buja de Ignicin.Ventilador Centrfugo Sistema de Combustible 1.- Circuito de Combustible lquido (Kerosn). 2.- Circuito de Combustible Gaseoso (GLP).

Sistema de AireSistemas de Agua1- Circuito de Refrigeracin de la Cmara.2- Circuitos de Refrigeracin del tubo muestreador. Panel de ControlESPECIFICAIONESQUEMADOR Schieldron N.3 Patente Britnica 789961 N de serie: 1861G Quemador de Combustin preparado par operar con combustibles lquidos y gaseosos. Tiene un diseo especial para mantener la relacin Aire-Combustible.VENTILADOR B y C: Tipo y3/100 de tres etapas Marca: TORNADO Capacidad: 136 Kg/hr. A570 mm de H2O Con motor elctrico. N 02041_ 890051 220v- 3- 60 Hz 13.5 Amper - 5Hp 3400 RPM.CAMARA DE COMBUSTION Compuesta de:a) Cmara Refractaria.- de 12 * 11 de longitud en forma interna Cnica de 5 a 1 con recubrimiento de lana de vidrio de 1 y chapa metlica exterior y provista de una buja de ignicin elctrica.b) Cmara de Combustin.- constituida por dos cilindros concntricos de acero inoxidable entre los cuales circula agua. El casco interior de 18 y el exterior de 20 .c) Tiene tambin siete mirillas de vidrio, una al frente de 1 de y seis ubicadas a los costados tres y tres, de 2 . Adems dispone de un orificio con un tomador de muestra de gases refrigerado por agua.CONTROLESa.- Control manual de aire y combustible que mantiene la relacin en 5 a 1.b.- Vlvula para regular el flujo de aire en la descarga del ventilador.c.- Vlvula de regulacin de flujo de combustible lquido.d.- Vlvula reductora de presin del gas con presin de salida regulable.e.- Vlvula de regulacin de flujo de combustible.f.- Vlvula para regular el flujo de agua de refrigeracin.g.- Vlvula para controlar el flujo de agua del tomador de muestras.

INSTRUCCIONES DE OPERACIN DE EQUIPO:REVISIONES ANTES DE OPERAR:1. Drenara el condensado de la cmara, sacando el tapn ubicado en la parte inferior.2. Asegurar de que haya suficiente combustible (gas y/o lquido) para el experimento programado.3. Ajustar los tornillos reguladores de nivel, de tal forma que los medidores del flujo de aire y de la presin de gas en la tubera marquen cero.4. Chequear que la operacin de salida del gas sea aproximadamente 120mm de H2O, de no tener esta presin se procede a regularla mediante la vlvula reductora de presin (vlvula tipo diafragma).5. Verificar el suministro de agua a la cmara y al tomador de muestra. Se recomienda un flujo inicial de agua 1000 Kg/hr.6. Con la vlvula de control de aire cerrada (posicin N1 en la escala), arrancar el ventilador hasta que alcance su velocidad de rgimen. Abrir lentamente la vlvula de control de aire y dejarla totalmente abierta (Posicin N 8) durante un lapso de dos minutos de tal forma de desalojar posibles gases residuales de experiencias anteriores.7. Chequear que la buja de encendido este en la posicin correcta y se produzca a chispa (de ocurrir esto llamara al tcnico).

PROCEDIMIENTO DE ENCENDIDO (Encendido con Gas GLP)1.- Verificar todos los pasos correspondientes a la seccin antes de operar.2.- Regular el flujo de agua a 1000Kg/hr.3.- Abrir el agua de refrigeracin para el tubo muestrador.4.- Regular el flujo de aire a 135Kg/hr.5.- se oprime el botn de ignicin ala vez se abre la vlvula de control de Gas (situada en el panel) en forma lenta hasta conseguir el encendido.La vlvula de control se ha de abrir hasta que se obtenga una combustin estable; esto se consigue con un flujo aproximado de 9 Kg/hr de Gas. Para el flujo de aire del paso 4 se recomienda de 1 a 2 Kg/hr ms de flujo de gas, tan solo para encenderlo y una vez estabilizada la combustin mantener el flujo a 9Kg/hr.PRECAUCIONES:S al alcanzar el flujo de combustible mencionado anteriormente no se consigue el encendido en la Cmara de Combustin, entonces dejar inmediatamente de presionar el botn de ignicin y a la vez cerrar la vlvula de control de combustible.Dejar purgar la cmara durante dos minutos y verificar el estado dela buja de ignicin, si esta se encuentra en buen estado reiniciar el procedimiento de encendido.6.- Se procede luego a retirar la buja y colocar el tapn en la lumbrera de ignicin.

OPERACIN CON COMBUSTIBLE LQUIDO (Kerosn)1.- Se realizan todos los pasos de la seccin de encendido por gas, con lo que tendremos una combustin estable.2.- Se abre la vlvula general de combustible (Kerosn) situada en la tubera de suministro.3.- Se abre la vlvula de control de Kerosn (situada en el panel) en forma lenta y en forma simultnea se va cerrando la vlvula de control de gas (tambin en el panel) cuidando que la combustin no se interrumpa.La vlvula de control de Kerosn se ha de abrir hasta lograr una combustin estable, lo cual se consigue con un flujo aproximado de 10 Kg/hr de Kerosn.Conseguida la combustin este flujo se reduce a 7Kg/hr.4.- Si la combustin se interrumpe, cerrar inmediatamente las vlvulas de control de combustible. Dejar funcionando el ventilador durante dos minutos de tal forma de desalojar los gases residuales, procediendo luego a reiniciar todo el proceso de encendido.INSTRUCCIONES DE PARADA1.- Cerrar la vlvula de combustible del panel.2.- Cerrar las vlvulas de suministro en la tubera principal.3.- Dejar funcionar el ventilador por dos minutos para la cmara, cuidando que la palanca de control de flujo de aire est colocada en la posicin 8.4.- Parar el ventilador y luego colocar la palanca de control de flujo de aire en la posicin 1.5.- Cortar el suministro elctrico.6.- Dejar correr el agua de refrigeracin por espacio de 5 minutos y luego cerrar la vlvula.

PRECAUCIONES1.- Previo al encendido, como ya se menciono anteriormente, se debe purgar al cmara, para barrer posibles rastros de combustible debido a ensayos anteriores.2.- La temperatura de salida del agua de refrigeracin no debe ser mayor de 85 C, ni menor de 60C.3.- Se recomienda que la temperatura de salida de los gases debido a la combustin sea menor de 60C.4.- si una vez estabilizada la combustin, esta se interrumpe produciendo un apagn, se debe cerrar inmediatamente la vlvula de control manual de suministro.

BALANCE DE ENERGIATeniendo en cuenta que el calor es una forma de energa capaz de transformarse en otras formas de energa. El balance de energa nos proporciona un medio para determinar la eficiencia de la combustin y los diferentes calores cedidos.El calor liberado por el combustible al quemarse en la Cmara de combustin ser cedido a 1.- Calor cedido al agua de refrigeracin que circula por la camisa de la Cmara.2.- Calor cedido a los gases de escape que se van por la chimenea.3.- Calor cedido al agua formada durante los procesos de Combustin.4.- Calor dejado de recibir a causa de una combustin incompleta.5.- Calor cedido para el calentamiento de la humedad del aire ambiental.6.- Calor que se pierde por radiacin, conveccin y otras prdidas.

PROCEDIMIENTO PARA LA EXPERIENCIA1.- Se enciende la unidad de acuerdo a las instrucciones.2.- Se escoge un flujo de combustible (Kerosn). Se recomienda que sea de 7 Kg/hr.3.- Para el primer balance se recomienda un flujo de aire de 104 Kg/hr. Para tener un pequeo exceso de aire con una relacin de aire combustible cercana a la estequiomtrica (ra/c =14.7).4.- El flujo de agua debe ser tal, que la temperatura de salida de agua sea aproximadamente 80 C.5.- Para estas condiciones se toman todas las lecturas que se indican en la tabla de datos. 6.-Manteniendo a el flujo de combustible constante (7 Kg/hr), se toman dos lecturas mas, variando el flujo de aire, se recomienda un flujo de aire de 120 Kg/hr de aire (ra/c = 17) y un flujo de 135 Kg/hr de aire (ra/c = 19).

CLCULOS Y RESULTADOSDatos tomados en la experiencia:COMBParam.Comb.Aire GasAguaORSATR a/c

mc(Kg/hr)Tcma(Kg/hr)TaT gasesde escapem(Kg/hr)

T entr.T sal.% CO2% O2% CO

Propano1110981312121313813813813827272828720698660621950950950950172021218078747010.1011.8413.5412.70.200.050.41.853.951.450.250.1512.513.8915.6317.86

Kerosn109872424232312512512612628282828642616583544950950950950212121217168635712.411414.311.80.000.001.554.01.300.400.150.5512.513.8915.6317.857

Clculo de los coeficientes de las ecuaciones de reaccin:FORMUAL GENERAL DEL KEROSN

bdefgaxy

12.41414.2511.861.40.40.150.56001.564.0586.385.684.0683.4519.80417.1213.0512.08022.96022.76622.35422.1913.714.4414.4012.3839.7034.25625.91024.180

FORMUAL GENERAL DEL GAS APROPANADO

bdefgaxy

10.211.8613.5012.63.901.450.150.10.20.060.51.8685.7086.6085.9085.4021.06220.84117.56516.1422.80624.00522.9122.7014.0513.311.8012.7042.12341.8035.13432.306

Clculo de las relaciones de aire/combustible con los coeficientes de la reaccin y los datos del laboratorio, as como la cantidad de carbono e hidrgeno en el combustible.GAS APROPANADOra/c_t = 15.6% exceso de aire% de exceso de aire (Lab)

r a/c _rC (Kg C/ Kg Comb) H (kg H/ Kg Comb)r a/c (lab)

14.86700.80020.1894-4.35612.5001-19.8056

15.71600.74630.20550.783513.7803-10.5624

15.70450.81350.17350.396315.60430.1745

16.7080.84520.17637.535817.803514.6034

KEROSNra/c_t = 14.7% exceso de aire% de exceso de aire (Lab)

r a/c _rC (Kg C/ Kg Comb) H (kg H/ Kg Comb)r a/c (lab)

15.44670.80340.19455.0634512.5001-14.5913

15.09530.83550.16722.6935213.8045-5.54625

15.4590.86230.14075.0893415.88336.30455

17.54420.86350.136419.804517.904521.4056

Calor liberado por:El Gas apropanado: 50264.5 KJ / Kg comb.El Kerosn: 46276.23 KJ / Kg comb.

Calor cedido al agua de refrigeracin (GLP)

m(Kg/hr)mc(Kg/hr)T entr.T sal.Q1 (KJ/Kg Comb)

95011178023091.45

95010207824179.35

9509217425314.24

9508217023856.90

Calor cedido al agua de refrigeracin (Kerosn)

m(Kg/hr)mc(Kg/hr)T entr.T sal.Q1 (KJ/Kg Comb)

95010217119894.54

9509216820914.45

9508216321316.90

9507215720813.34

Calor cedido a los gases de escape (GLP)

T gas de escapemgTBSC (Kg C / KG Comb)Q2 (KJ/Kg Comb)

72014.058018.900.80029773.3432

69814.86350.74639745.2314

66015.08240.81359460.4884

62116.18900.84529480.1256

Calor cedido a los gases de escape (Kerosn)

T gas de escapemgTBSC (Kg C / KG Comb)Q2 (KJ/Kg Comb)

64214.6045418.900.80349390.53451

61614.805430.83558936.05451

58315.644270.86238884.60143

54417.404360.86359460.5545

Calor cedido al agua formada por la combustin (GLP)

H (Kg H / Kg Comb )TppTchfg ppT gas escapePresin Parc. (KPa)Q3

0.189448.60132385.23572011.4356832.4546

0.205547.65122383.98069811.05536950.9853

0.173548.64122384.90466011.80545812.8035

0.176347.58132382.43562111.08655620.3456

Calor cedido al agua formada por la combustin (Kerosn)

H (Kg H / Kg Comb )TppTchfg ppT gas escapePresin Parc. (KPa)Q3

0.194554.34242340.65364216.45346450.3145

0.167252.89242350.52461614.74565420.6472

0.140749.03232380.54358311.53474205.5756

0.136447.36232360.54354410.45564400.4562

Calor perdido por combustin incompleta (GLP)

% CO / (% CO + % CO2)C (Kg C / Kg Comb)Q4

0.20340.80345180.4356

0.10450.79032020.5245

0.03450.8048260.5345

0.00560.8575148.5467

Calor perdido por combustin incompleta (Kerosn)

% CO / (% CO + % CO2)C (Kg C / Kg Comb)Q4

0.089060.81231800.4356

0.025640.7942548.8045

0.020540.8044210.4356

0.038650.9024899.3556

Calor Perdido por calentamiento de la humedad del aire (GLP)

T gas de escapeKg agua / Kg airer a/cMTBSQ5

7200.001612.50010.25718.90315.432

69813.78030.267331.955

66015.60430.280360.789

62117.80350.325376.856

Calor Perdido por calentamiento de la humedad del aire (Kerosn)

T gas de escapeKg agua / Kg airer a/cMTBSQ5

6420.001612.50010.24518.90293.643

61613.80450.258312.567

58315.88330.305334.633

54417.90450.413348.904

Calor perdido por radiacin, conveccin y otros (GLP)

QQ1Q2Q3Q4Q5Q6

50264.523080.4069760.3456850.8975180.986316.8965070.533

24050.8769740.5366930.6782038.987330.4537154.852

25320.3459460.8765790.345280.876360.5328953.245

23860.9869460.5675640.567160.876370.74210567.567

Calor perdido por radiacin, conveccin y otros (Kerosn)

QQ1Q2Q3Q4Q5Q6

46276.219870.4259380.5365890.5601800.568270.5768046.987

20893.5768850.5676956.980548.907300.8698607.578

21300.9868890.4565803.084210.678320.5769730.566

2070.4569470.4575670.543890.678360.0879120.567

RESUMEN DE RESULTADOSCombust.Puntosr a/c% exc aireQ liberado% Q1%Q2%Q3%Q4%Q5%Q6

GLP112.5-18.0850264.543.9020.5612.7010.60.7811.05

213.89-10.7846.8020.6712.674.890.6613.67

315.630.2052.6719.8011.680.340.7416.87

417.8614.8045.8917.8611.570.210.8020.35

Kerosn112.5-14.6546276.2341.8718.5613.674.060.5616.67

213.89-5.5344.5621.8714.671.560.6018.90

315.636.2046.8020.6713.670.670.6320.38

417.85721.7643.8020.4512.532.060.6819.52

CONCLUSIONES

La cmara Hilton, es un equipo que nos permite realizar mltiples pruebas referidas al uso adecuado de los combustibles. Su uso demanda una instruccin previa del operario y ceirse a los manuales de uso de dicha cmara. En la experiencia realizada se busco hallar la relacin de aire y combustible ms ptima, para ello se emplearon dos tipos de combustibles (gas Propano y Kerosene). No se cont con el Analizador de Orsat, por lo cual, as que tomamos el dato de una experiencia anterior, proporcionado por el profesor.