ENERGIA TERMICA DE LAS MEZCLAS DE PETROLEO DIESEL 2

ENERGIA TERMICA DE LAS MEZCLAS DE PETROLEO DIESEL 2
CON BIODIESEL DE SOYA, ALGODON Y GIRASOL EN
QUEMADORES NO CONVENCIONALES
TERMICAL ENERGY FROM MIXTURES OF DIESEL 2 PETROLEUM WITH BIODIESEL OF
SOYBEAN, COTTON AND SUNFLOWER USED IN NO CONVENCIONAL BURNERS
Yhon Deudor, Lorena Olivera, Clodoaldo Sivipaucar, Jhoan Cubas & Andrés Valderrama
RESUMEN
En el presente estudio se describe los ensayos realizados con biodiesel elaborado a partir de los aceites vegetales de
soya, girasol y algodón. Se empleó cuatro tipos de pulverizadores instalados en dos quemadores situados en cocinas
domésticas no convencionales; los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Termofluidos de la Escuela de
Ingeniería Mecánica de Fluidos de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos; se trabajaron con mezclas en
volumen de diesel 2 con 10%, 20%, 30% y 50% de biodiesel de soya, girasol y algodón.
Los resultados preliminares de los ensayos experimentales permiten establecer que es posible reemplazar
parcialmente al petróleo diesel 2 alcanzando condiciones de desprendimiento de calor y de combustión controlada.
Se analizará la longitud de la llama, calor aprovechado (ganado) y calor perdido en la transferencia de calor que
permite hacer hervir un litro de agua sobre la parrilla de la cocina doméstica, se encontrará la presión óptima para
cada pulverizador y para cada mezcla.
ABSTRACT
In this study it is described the tests made with biodiesel made from vegetable oils of soybean, sunflower and cotton.
It was used four types of sprayers installed in two burners in no conventional domestic kitchens. It was made
mixtures of 10%, 20%, 30% and 50% of biodiesel of soybean, sunflower and cotton in volume.
The preliminary results of the experimental test allow establishing that it is possible to replace the petroleum diesel 2
bye biodiesel partially, reaching conditions of heat It will be analyzed the flame large, the emitted heat and heat
loosed in the heat transfer that allow boiling a liter of water on the domestic kitchen´s grill, it will be found the best
pressure for each sprayer and for each mixture.
____________________________________________________________________________________
INTRODUCCION
Actualmente la sustitución de los combustibles
denominados fósiles o tradicionales derivados del
petróleo, por otros de origen vegetal, ha tomado gran
importancia, pues provienen de una fuente renovable
y representan un medio eficaz de lucha contra el
deterioro medioambiental (atendiendo las justificadas
normas medio ambientales que cada vez exigen
menores contenidos de elementos nocivos en los
gases de la combustión cuando se queman los
derivados del petróleo) y un factor de desarrollo de la
agricultura e industrias derivadas.
En este contexto, se presenta el estudio de la
obtención de energía térmica de las mezclas de
petróleo Diesel 2 con biodiesel de Soya, girasol y
algodón en quemadores no convencionales, que nos
permite establecer, a través del análisis del proceso
de combustión de la mezcla, la posibilidad de
sustitución del petróleo diesel 2 o kerosene en
quemadores no convencionales.
La combustión es una reacción termodinámica rápida
entre el aire y el combustible, cuyos productos de la
combustión son: CO2, CO, CH, NOx y vapor de H2O,
más el consiguiente desprendimiento de calor
(reacción exotérmica), en este caso particular la
reacción emite luz visible denominada flama. El
análisis de las características físicas de la llama
(color, intensidad, longitud) que presenta en el
proceso de combustión, así como la presión optima
de pulverización; son algunos de los factores
determinantes que nos permite establecer el
porcentaje optimo de biodiesel de soya, girasol y
algodón en la mezcla.
Este análisis del proceso de combustión de la mezcla
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del biodiesel de soya, aceite y de girasol y aceite de
algodón con el petróleo diesel 2 permite hallar el
calor entregado (calor total) por la mezcla de
biodiesel y petróleo diesel 2, el calor perdido y el
calor aprovechado (calor útil) para hacer hervir un
litro de agua en un quemador no convencional, para
cada régimen de operación del quemador
PLANTEO DEL ESTUDIO
El trabajo de investigación se ejecutará en las etapas
siguientes:
1. Elaboración del biocombustible y mezcla con
diesel 2
Proceso de obtención del biodiesel
- A partir de aceite de soya
- A partir de aceite girasol
- A partir de aceite algodón
Este combustible alternativo al petróleo tradicional
es producido a partir de los aceites vegetales
convirtiendo a los triglicéridos en éster
ésteres de metilo o
etilo, a través de un proceso denominado
transesterificación. En este proceso se produce la
reacción de las tres cadenas de ácidos grasos (cadenas
ésteres) de cada molécula de triglicérido, con un
alcohol, produciéndose la separación de estas
esta cadenas
de la molécula de glicerina. Esta separación necesita
temperatura y un potente catalizador básico, como un
hidróxido, para que la reacción sea completa.
Finalmente, las cadenas de ésteres se convertirán en
biodiesel, reteniendo moléculas de oxígeno en su
constitución, lo que le otorgará propiedades físico
químicas de un combustible, necesarias para
participar en el proceso de la combustión. Además
estas cadenas no contienen azufre, el cual es
considerado
un
potente
contaminante
medioambiental.. Por otro lado, la glicerina, luego de
su purificación puede tener múltiples usos, en la
industria farmacéutica y cosmética, donde cuenta con
una gran demanda.
A continuación se presenta las reacciones de síntesis
para la obtención del biodiesel
Fig .1. Reacciones químicas para la obtención del
biodiesel
Mezclas de biodiesel de soya, girasol y algodón con
el petróleo diesel 2
Las mezclas de biodiesel y diesel 2 que se realizaron
fueron las siguientes:
Denominación
B10
B20
B30
B40
B50
% biodiesel % diesel 2
10
90
20
80
30
70
40
60
50
50
2. Ensayos de quemado de los biocombustibles en
una cocina de kerosene
- Se instala un manómetro en el tanque de la cocina
no convencional para medir las presiones
de
pulverización.
- Se somete a la cocina a presiones de 1,103 hasta
2,206 (16 hasta 32PSI).
- Se toma tres mediciones durante los ensayos: el
tiempo que demora en hervir un litro de agua a las
presiones especificadas, la longitud y la temperatura
de la flama en tres zonas del dardo de la flama:
núcleo, centro y corona.
3. Análisis del proceso de quemado de los
biocombustibles
- Análisis de las características de la flama
- Determinación de la presión óptima de
pulverización de las mezclas
- Análisis y determinación de los calores por
convección forzada y radiación durante el proceso de
entrega de calor desde el pulverizador hacia la base
hacia el recipiente que recibe el calor.
- Cálculo del calor desprendido (calor total), calor
aprovechado (calor
calor útil) y calor perdido
DELINEACIÓN DE OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Demostrar que el empleo de biocombustibles permite
obtener energía calorífica, que reemplace a los
combustibles tradicionales, tales como: kerosene,
petróleo Diesel 2 en quemadores no convencionales
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Página 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Aplicación del biodiesel en las cocinas
domesticas e industriales, pudiendo emplearse en
quemadores no convencionales, reemplazando
así de esta manera los combustibles tradicionales
(diesel 2, kerosene, GLP)
2. Determinar la energía calorífica óptima para
cuando se combustionan las mezclas en volumen
de diesel 2 con 10%, 20%, 30%, 40% y 50% de
biodiesel de soya, girasol y algodón
3. Determinar el porcentaje del calor aprovechado
respecto al calor entregado por la mezcla de
biocombustible con el petróleo diesel2.
k : conductividad térmica (W/m .K)
1.
DESARROLLO DEL TRABAJO
Principales ventajas del biodiesel
El ciclo biológico en la producción y el uso del
Biodiesel reduce aproximadamente en 80% las
emisiones de anhídrido carbónico, y casi 100% las
emisiones de dióxido de azufre. La combustión de
Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de
hidrocarburos totales no quemado, y entre (75-90) %
en los hidrocarburos aromáticos.
El empleo del Biodiesel proporciona un leve
incremento o decremento en óxidos de nitrógeno
dependiendo del tipo motor. Distintos estudios en
EE.UU., han demostrado que el biodiesel reduce en
90% los riesgos de contraer cáncer.
- Aunque el biodiesel emite casi la misma cantidad de
dióxido de carbono que los combustibles fósiles, el
CO2 emanado por este, es vuelto a fijar por la masa
vegetal a través del proceso de
- El Biodiesel es seguro manejar y transportar porque
es biodegradable como el azúcar, 10 veces menos
tóxico que la sal de la mesa, y tiene un punto de
inflamación de aproximadamente 110º C comparado
al diesel de petróleo cuyo punto de inflamación es de
65º C.
Transferencia de calor
A : área de la sección transversal
Transferencia de calor por Convección, si existe una
diferencia de temperatura en el interior de un líquido
o un gas, se producirá un movimiento del fluido.
Este movimiento transfiere calor de una parte del
fluido a otra por un proceso llamado convección. El
movimiento del fluido puede ser natural o forzado.
La transferencia de calor por conducción se puede
determinar mediante la siguiente expresión:
q convención = hc (T s − T∞ )
… (2)
Dónde
q : flujo de calor por convección (W/m2)
hc : Coeficiente de calor por convección o
coeficiente pelicular (W/m2. K)
A : Área perpendicular al flujo de calor.
Ts : Temperatura de la superficie
: Temperatura del fluido
T∞
Transferencia de calor por Radiación, se debe ala
propagación de ondas electromagnéticas, la cual se
puede presentar en el vacío completo así como en un
medio cualquiera. La ley fundamental de Boltzmann
establece que:
q rad = ε ⋅ σ ⋅ T
4
… (3)
q rad : Flujo de calor por convección
є : emisividad relativa
σ : constante de Boltzmann
T : temperatura absoluta de la superficie
Es la energía en transito debido a una diferencia de
temperaturas.
Transferencia de calor por Conducción, un gradiente
de temperatura dentro de una sustancia homogénea
ocasiona una tasa de transferencia de energía dentro
del medio que puede ser calculada por:
q cond = − k ⋅
∂T
∂n
∂T
∂n
Temperatura media de la capa límite o temperatura de
película T f
Tf = (
….. (1)
Donde:
q
Capa limite térmica
: Flujo de calor por conducción (W/m2)
: Gradiente de temperatura en la dirección n
Ts + T flama
2
)…
(4)
Donde:
Tf
: temperatura de película
TS
: temperatura de la superficie
T flama: Temperatura de la flama
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Página 8
Número de Nusselt
Representa la relación que existe entre el calor
transferido por convección a través del fluido y el que
se transferiría si sólo existiese conducción. Se puede
representar con la siguiente expresión
hD … (5)
=
N
NU
k
D = diâmetro equivalente o magnitud longitudinal
Costo de combustible comparativo (Ke)
ke =
Donde:
NNU
h
D
k
: numero de Nusselt
: Coeficiente pelicular
: longitud característica
: Coeficiente de conductividad térmica
ke =
ke =
Q aprovechad
o . disel 2 ∗ S / .
Q aprovechad
Q aprovechad o . ker osene . ∗ S / .
Q aprovechad o
Q aprovechad
o . mezclas .
…. (8)
o
∗ S /.
…. (9)
.… (10)
- Cuanto mayor es el número de Nusselt más eficaz
es la convección
- Un número de Nusselt de Nu = 1, para una capa de
fluido, representa transferencia de calor a través de
ésta por Conducción pura
- El número de Nusselt se emplea tanto en
convección forzada como natural
ANALISIS DE RESULTADOS
Número de Prandtl
Representa la relación que existe entre la difusividad
molecular de la cantidad de movimiento y la
difusividad molecular del calor o entre el espesor de
la capa límite de velocidad y la capa límite térmica:
Para todos los casos se instalan los pulverizadores 1 y
2 en los quemadores de la cocina de uso doméstico,
cuyos diámetros nominales del agujero de salida son:
El número de Prandtl (Pr) va desde menos de 0.01
para los metales líquidos hasta más de 100.000 para
los aceites pesados. El Pr es del orden de 10 para el
agua. Los valores del número de Prandtl para los
gases son de alrededor de 1, lo que indica que tanto la
cantidad de movimiento como de calor se difunden
por el fluido a una velocidad similar.
El número de Prandtl se emplea tanto en convección
forzada como natural.
Q aprovechad
o
VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE LA
FLAMA
TRABAJANDO
CON
LOS
PULVERIZADORES 1 Y 2
Diámetro pulverizador 1: 0.21 mm
Diámetro pulverizador 2: 0.32 mm
Se varía la mezcla desde el 10% hasta el 50% de
biodiesel de soya, girasol y algodón
Variación de la longitud de flama empleando las
mezclas de diesel 2 con los biodiesel de soya,
girasol y algodón
Los resultados permiten obtener la tabla resumen
siguiente:
(6)
Presión de pulverización
µ: viscosidad dinámica
Cp: Capacidad térmica del material a presión
constante
k : Coeficiente de conductividad térmica
Pulverizador
Número de Reynolds
Representa la relación que existe entre las fuerzas de
inercia y las fuerzas viscosas que actúan sobre un
elemento de volumen de un fluido. Es un indicativo
del tipo de flujo del fluido, laminar o turbulento.
D νρ
D ν …. (7)
=
N Re =
µ
1,103 bar (16 PSI)
Biodiesel Pulv. 1
Pulv. 2
% Soya en la mezcla
30
30
L (cm.)
4,9
4,95
% Girasol en la mezcla
30
30
L (cm.)
3,90
4,11
%Algodón en la mezcla
50
50
L (cm.)
4,60
5,10
υ
Donde:
V = velocidad de flujo
ρ = densidad
µ = viscosidad dinámica
ν = viscosidad cinemática
Tabla 1. Longitud máxima de la flama trabajando
con Pulverizador 1 y 2, para las presiones de
pulverización de las mezclas de 16,24 y 32 PSI.
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Presión de pulverización
Pulverizador
Presión de pulverización
1,655 bar (24 PSI)
Biodiesel Pulv. 1
Pulverizador
Pulv. 2
% Soya en la mezcla
10
30
2.206 bar (32 PSI)
Biodiesel Pulv. 1
Pulv. 2
% Soya en la mezcla
10
30
L (cm.)
5,8
5,20
L (cm.)
5,90
5,95
% Girasol en la mezcla
30
10
% Girasol en la mezcla
50
50
L (cm.)
4,50
7,70
L (cm.)
5,10
7,50
%Algodón en la mezcla
30
50
%Algodón en la mezcla
30
50
L (cm.)
5,00
5,80
L (cm.)
6,20
6,20
Desde el punto de vista constructivo, la longitud mínima de la flama con respecto a la parrilla es de 3,90 cm. Debido
a esto la longitud que se deberá obtener en los ensayos experimentales deberá ser ≥ a esta longitud, para que el calor
desprendido por las mezcla puede llegar a entrar en contacto con la base de la tetera que contienen 1 litro de agua a
hervir.
longitud Vs % de mezcla a 1,103 Bar (16 PSI)
5,5
5
Pulv 1 Algodón
4,5
L (cm)
Pulv 1 Soya
4
Pulv 1 Girasol
Pulv 2 Algodón
3,5
Pulv 2 Soya
3
Pulv 2 Girasol
2,5
2
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 1. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
la presión de 1,103 bar (16PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
Longitud Vs % de Mezcla a 1,655 Bar (24 PSI)
8
7
Pulv 1 Algodón
L (cm)
6
Pulv 1 Soya
Pulv 1 Girasol
5
Pulv 2 Algodón
Pulv 2 Soya
4
Pulv 2 Girasol
3
2
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 2. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
1,655 bar (24 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
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Longitud Vs % de Mezcla a 2,206 Bar (32 PSI)
9
8
Pulv 1 Algodón
L (cm)
7
Pulv 1 Soya
6
Pulv 1 Girasol
Pulv 2 Algodón
5
Pulv 2 Soya
4
Pulv 2 Girasol
3
2
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 3. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
2,206 bar (32 PSI) empleando los pulverizadores 1 y 2.
Análisis de La longitud de la flama
Excede la longitud desde el punto de vista
constructivo en todos los casos, para las presiones de
pulverización de 1.103 bar (16 PSI), 1.655 bar (24
PSI) y 2.206 bar (32 PSI). superiores al valor
máximo tolerado que es la diagonal de la flama
respecto a la base de la tetera, que es de 3.23 cm.
• La presión de pulverización de 2.206 bar (32 PSI)
para los pulverizadores 3 y 4 que permiten alcanzar
máximo permitido que es la diagonal de la flama de
5.65 cm.
Variación del tiempo para hervir un litro de agua
empleando las mezclas de diesel 2 con los biodiesel
de soya, girasol y algodón
El tiempo que demora en hervir 1 litro de agua,
permitirá determinar cuál de las mezclas es más
eficaz durante el proceso de quemado de las mezclas
cuyo objetivo es entregar el calor durante la
combustión hacia el agua logrando hacerla hervir.
Los resultados obtenidos en la experimentación nos
permiten obtener el siguiente cuadro:
longitudes del frente de flama superiores al valor El
pulverizador 1 es el que forma la menor longitud de
la flama, lo que permite un mayor aprovechamiento
de calor
• Es proporcional a la presión de Pulverización.
• La presión de pulverización de 2.206 bar (32 PSI)
para pulverizadores 1 y 2 que
permiten alcanzar longitudes del frente de flama
Tabla 2. Tiempo mínimo para hervir un litro de agua
trabajando con Pulverizador 1 y
2
Valores que permiten construir los gráficos
siguientes:
1.103 bar 1.655
bar 2.206
bar
(16 PSI)
(24 PSI)
(32 PSI)
pulv
Pulverizador
1
Biodiesel
Soya
30%
t (min.)
6:35
Girasol
30%
t (min.)
6:12
Algodón
50%
t (min.)
6:35
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pulv. pulv. pulv. pulv. pulv.
2
1
2
1
2
10%
5:30
30%
6:35
20%
5:51
50%
5:20
30%
5:20
30%
6:20
30%
4:52
30%
6:00
20%
5:08
10%
4:55
10%
4:10
20%
5:25
20%
4:08
30%
4:55
20%
4:31
Página 11
tiempo Vs % mezcla a 1,103 bar (16 PSI)
11:24
t (min)
10:12
9:00
Pulv 1 Algodón
7:48
Pulv 1 Girasol
6:36
Pulv 2 Algodón
Pulv 1 Soya
Pulv 2 Soya
5:24
Pulv 2 Girasol
4:12
3:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 4. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de
soya, girasol y algodón para la presión de 1,103 bar (16PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
tiempo Vs % mezcla a 1,655 bar (24 PSI)
9:00
7:48
t (min)
Pulv 1 Algodón
Pulv 1 Soya
6:36
Pulv 1 Girasol
Pulv 2 Algodón
5:24
Pulv 2 Soya
Pulv 2 Girasol
4:12
3:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 5. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya,
girasol y algodón para 1,655 bar (24 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
Tiempo Vs % mezcla a 2,206 bar (32 PSI)
6:21
5:52
Pulv 1 Algodón
t (min)
5:24
Pulv 1 Soya
4:55
Pulv 1 Girasol
4:26
Pulv 2 Algodón
3:57
Pulv 2 Girasol
Pulv 2 Soya
3:28
3:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 6. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya,
girasol y algodón para 2,206 bar (32 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
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VARIACIÓN DE DE LA LONGITUD DE LA
FLAMA TRABAJANDO CON
PULVERIZADOR 3 Y 4
Tabla 3. Longitud máxima de la flama trabajando
con Pulverizador 3 y 4
Para todos los casos se emplearán la cocina de uso
doméstico, en dónde se instalan los pulverizadores 3
y 4 cuyos diámetros nominales del agujero de salida
son:
Diámetro pulverizador 3: 0.35 mm
Diámetro pulverizador 4: 0.4 mm
Se varía la mezcla desde el 10% hasta el 50% de
biodiesel de soya, girasol y algodón
Variación de la longitud de la flama para hervir
un litro de agua empleando las mezclas de diesel 2
con biodiesel de soya, girasol y algodón
Los ensayos experimentales permiten obtener
consecuencias resumen siguientes:
los
16 PSI
24 PSI
32 PSI
Pulverizador pulv pulv. pulv. pulv. pulv. pulv.
3
4
3
4
3
4
Biodiesel
Soya
x
10%
x
30%
x
9,10
x
50%
L (cm.)
x
7,90
Girasol
20% 20%
20% 20%
30% 10%
x
9,00
L (cm.)
7,50 6,50
8,00 7,30
9,50 7,70
Algodón
10% 20%
10% 20%
10% 20%
L (cm.)
6,50 12,00 6,40 13,20 6,50 13,60
X*No se realizó los ensayos experimentales
Entonces se tienen los gráficos siguientes:
Longitud Vs % de mezcla a 1,103 bar (16 PSI)
14
12
Pulv 3 Algodón
L (cm)
10
Pulv 3 Soya
8
Pulv 3 Girasol
Pulv 4 Algodón
6
Pulv 4 Soya
4
Pulv 4 Girasol
2
0
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 7. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
la presión de 1,103 bar (16PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
Longitud Vs % mezcla a 1,655 bar ( 24 PSI)
14
12
Pulv 3 Algodón
10
L (cm)
Pulv 3 Soya
8
Pulv 3 Girasol
6
Pulv 4 Algodón
Pulv 4 Soya
4
Pulv 4 Girasol
2
0
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 8. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
1,655 bar (24 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
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Página 13
Longitud Vs % de Mezcla a 2,206 bar (32 PSI)
16
L (cm)
14
12
Pulv 3 Algodón
10
Pulv 3 Soya
Pulv 3 Girasol
8
Pulv 4 Algodón
6
Pulv 4 Soya
4
Pulv 4 Girasol
2
0
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 9. Variación de la longitud de la flama de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y algodón para
2,206 bar (32 PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
Variación del tiempo para hervir un litro de agua empleando las mezclas de diesel 2 con los biodiesel de soya,
girasol y algodón
16 PSI
24 PSI
32 PSI
Los resultados obtenidos en la experimentación nos
permiten obtener el siguiente cuadro:
Pulverizador pulv pulv. pulv. pulv. pulv. pulv.
3
4
3
4
3
4
Biodiesel
Soya
x
t (min.)
Tabla 4.
Tiempo mínimo para hervir un litro de agua
trabajando con Pulverizador 3 y 4
50% x
50% x
50%
2:17
2:00
1:20
Girasol
30% 50% 50% 50% 50% 50%
t (min.)
2:19 2:06 1:53 1:51 1:32 1:38
Algodón
10% 50% 10% 50% 10% 30%
t (min.)
3:36 2:10 3:46 1:50 2:38 1:41
Tiempo Vs % Mezcla a 1,103 bar (16 PSI)
8:24
7:12
Pulv 3 Algodón
6:00
t (min)
Pulv 3 Soya
4:48
Pulv 3 Girasol
3:36
Pulv 4 Algodón
Pulv 4 Soya
2:24
Pulv 4 Girasol
1:12
0:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D21+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 10. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la de la mezcla de diesel 2 con biodiesel de
soya, girasol y algodón para la presión de 1,103 bar (16PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
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Página 14
Tiempo Vs % Mezcla a 1,655 bar (24 PSI)
7:12
6:00
Pulv 3 Algodón
t (min)
4:48
Pulv 3 Soya
Pulv 3 Girasol
3:36
Pulv 4 Algodón
Pulv 4 Soya
2:24
Pulv 4 Girasol
1:12
0:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 11. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya,
girasol y algodón para 1,655 bar (24 PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
tiempo Vs % mezcla a 2,206 bar (32 PSI)
4:48
4:19
3:50
Pulv 3 Algodón
t (min)
3:21
Pulv 3 Soya
2:52
Pulv 3 Girasol
2:24
Pulv 4 Algodón
1:55
Pulv 4 Soya
1:26
Pulv 4 Girasol
0:57
0:28
0:00
D2+0%
D2+10%
D2+20%
D2+30%
D2+40%
D2+50%
% mezcla
Figura 12. Variación de la temperatura para hervir un litro de agua con la mezcla de diesel 2 con biodiesel de soya,
girasol y algodón para 2,206 bar (32 PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCION DE LA
ENERGIA TERMICA DURANTE EL
PROCESO DE COMBUSTION DE LAS
MEZCLAS DE DIESEL 2 Y BIODIESEL.
Considerando el proceso de combustión es completa
(con exceso de aire), en dónde el calor entregado a la
base de la tetera que contiene 1 litro de agua, se
realiza bajo dos
formas de transporte de calor: transferencia de calor
por convección (cuando el flujo de los gases de la
combustión se desplazan hacia la base de la tetera) y
transferencia de calor por radiación, cuando los
gases de la combustión del frente de la flama se
desplaza entre el pulverizador y la base de la tetera
irradiando calor hacia la superficie de la tetera.
1. CALOR POR CONVECCION
Este calor se puede calcular de la manera siguiente:
Q convención
= h c A (T f − T i )
Dónde
Q convención
: Calor utilizado por convección
h c : Coeficiente de calor por convección o
coeficiente pelicular.
A : Proyección del área libre sobre la base de la
tetera perpendicular al flujo de calor.
Tf: Temperatura media de la flama.
T i : Temperatura ambiente.
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Página 15
2. CALOR POR RADIACIÓN
Se puede calcular empleando la fórmula siguiente:
Q radiación
= A σ e(
Tf
4
4
−
T
4
4
i
)
En dónde:
Q aprovechado: calor aprovechado durante la combustión
Q convección 1: calor aprovechado por convección a
través del área libre
Q convección 2: calor aprovechado por convección a
través del área de contacto con la tetera
Q radiación 1: calor aprovechado por radiación
4. CALOR PERDIDO
Dónde:
Qradiación : Calor utilizado por radiación
A : Proyección del área libre
σ : Constante Universal
e :
T
Ti
f
Emisividad relativa
: Temperatura media de la
flama
: Temperatura ambiente
3. CALOR APROVECHADO DURANTE EL
PROCESO DE COMBUSTION
Para evaluar la cantidad de calor provechado por las
mezclas de Diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y
algodón, se deberá considerar la relación siguiente:
Q aprovechado = Q conv1 + Q conv2 + Q rad1
Para evaluar la cantidad de calor perdido durante la
combustión por las mezclas de Diesel 2 con biodiesel
biodie
de soya, girasol y algodón, se deberá considerar la
relación siguiente
Q perdido = Qradiación 2 + Qradiación 3
En dónde:
calor perdido durante la combustión
Q perdido:
Q radiación 3 : calor perdido por radiación al aire
Q radiación 2: calor perdido por radiación
5. EFICIENCIA DE LA COMBUSTION
La eficiencia en la Combustión de la mezcla de
Diesel 2 con Biodiesel de Soya, Girasol y Algodón,
se calcula; considerando la relación siguiente:
η=
Calor aprovechado
×100
Calor aprovechado + calor perdido
Figura 13. Eficiencia de la combustión de la mezcla de diesel 2 y biodiesel de soya, girasol y algodón para 1,655 Bar
(24 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
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1.655 Bar (24 PSI)
EFICIENCIA
100
B20
80
B50
B20
B50
B50
B20
B30
60
B50
40
20
0
B20
SOYA PULV
3
SOYA PULV
4
GIRASOL
PULV3
79.69613576
GIRASOL
PULV4
ALGODÓN
PULV 3
ALGODÓN
PULV 4
70.9972403
B30
B50
64.82974435
70.09332238 78.15363149
PULVERIZADOR
Figura 14. Eficiencia de la combustión de la mezcla de diesel 2 y biodiesel de soya, girasol y algodón para 2,206
Bar (32 PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4.
Figura 15. Eficiencia de la combustión de la mezcla de diesel 2 y biodiesel de soya, girasol y algodón para 2,206 Bar
(32 PSI); empleando los pulverizadores 1 y 2.
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32 PSI
EFICIENCIA
100
B20
80
B50
B30
B50
B30
B20
60
B30
40
B50
20
0
SOYA PULV3
SOYA PULV4
GIRASOL PULV3
GIRASOL PULV
4
ALGODÓN
PULV3
72.90871617
71.85892629
ALGODÓN
PULV4
77.44462089
B20
B30
63.12996028
B50
78.45428085
PULVERIZADOR
Figura 16. Eficiencia de la combustión de la mezcla de diesel 2 y biodiesel de soya, girasol y algodón para 2,206 Bar
(32 PSI); empleando los pulverizadores 3 y 4
CONCLUSIONES
1. La combustión de las mezclas de diesel 2 con los
biodiesel de soya, girasol y algodón logran
alcanzar longitudes de la flama mayores que la
longitud de la flama del diesel 2.
2. La longitud de la flama más óptima y el porcentaje
de biodiesel en la mezcla de diesel 2 con biodiesel
de soya, girasol y algodón, empleando los
pulverizadores 1,2,3 y 4 son:
Pulverizador
1
2
3
4
Longitud
6.20
7.5
9.5
13.6
% de
biodiesel la
mezcla
Pulverizador
1
2
3
4
Eficiencia
70.92
67.27
71.86
79.69
% de
biodiesel la
mezcla
Soya
B30
Algodón
B50
Algodón
B30
Soya
B20
BIBLIOGRAFÍA
1.
Algodón
B30
Girasol
B50
Girasol
B30
Algodón
B20
2.
3. El tiempo de la combustión más óptimo y el
porcentaje de biodiesel en la mezcla de diesel 2
con biodiesel de soya, girasol y algodón,
empleando los pulverizadores 1,2,3 y 4 son:
3.
Pulverizador
1
2
3
4
4.
Tiempo
6:35
6:35
3:46
2:10
5.
% de
biodiesel la
mezcla
Soya
B30
Girasol
B30
Algodón
B10
Algodón
B50
6.
4. La eficiencia de la combustión más elevadas de las
mezclas de diesel 2 con biodiesel de soya, girasol y
algodón, empleando los pulverizadores 1, 2, 3 y 4
son:
Centro de Desarrollo e Investigación en Termofluidos CEDIT
7.
FUNDAMENTOS DE
TERMODINAMICA TECNICA, Michael J.
Moran Howard N. Shapiro editorial
LIMUSA, México 1992
FUNDAMENTOS DE TRASNFERENCIA
DE CALOR, Frank P. Incropera, David P.
De witt editorial Prentice Hall, USA 1998
PROBLEMAS DE TRASNFERENCIA DE
CALOR Y MASA, J.R. Backuhurust,
J.H.Harker – J.E. Porter
MECANICA DE FLUIDOS , Irving H.
Shames
FLUJO DE FLUIDOS E INTERCAMBIO
DE CALOR , O. Leven Espiel
TERMODINÁMICA APLICADA; Postigo,
J; Cruz, J; editorial UNI, Lima1985.
MANUAL
DEL
INGENIERO
MECÁNICO, AUTOR: Marks, editorial
Limusa, Mexico 1992
Página 18