Combustibles y combustión

PROGRAMA DE ESTUDIOS: COMBUSTIBLES Y COMBUSTIÓN
PROTOCOLO
Fechas
Elaboración
Mes/año
Clave
02 – 2007
Nivel
Licenciatura
Aprobación
Ciclo
Aplicación
Colegio
Plan de estudios del que forma parte:
Semestre
1-CT-SE-15
X
8vo.
Maestría
Doctorado
Integración
Básico
Superior
H. y C.S.
C. y T.
X
X
C. y H.
Ingeniería en Sistemas Energéticos
Propósito(s) general(es): Que el estudiante conozca la definición, fuentes, tipos, procesos de producción y usos de
los combustibles, así como los procesos de combustión además de los conceptos y tipos de quemadores que se usan
tanto residencial como industrialmente, esto será mediante la exposición de las características de los combustibles, los
procesos de combustión y de los quemadores. Y que conozca la eficiencia de los combustibles y desarrolle de
quemadores más eficientes.
Carácter
Indispensable X
Optativa *
Modalidad
Seminario
Taller
Curso
X Curso-taller
Laboratorio
X Clínica
Horas de estudio semestral (16 semanas)
Con
Teóricas
72 Autónomas Teóricas
72
Docente
Prácticas
48
Prácticas
48
Carga horaria semanal:
Carga horaria semestral:
7.5
120
Asignaturas Posteriores:
Asignaturas Previas


Procesos del petróleo y Máquinas térmicas
Centrales termoeléctricas.
Hidrógeno y celdas de combustible.
Requerimientos
para cursar la
asignatura
Conocimientos generales de Sistemas de Energía, Química y de Transferencia de calor.
Habilidades: Plantear y resolver problemas de Sistemas de Energía, ecuaciones químicas,
determinar y balancear ecuaciones químicas y resolver problemas de termodinámica.
Perfil deseable
del profesor:
Que tenga una Licenciatura o Posgrado en alguna área relacionada con la Química o en
Ingeniería, tales como: Químico, Ingeniero Químico o Ingeniero en Energía de preferencia con
experiencia docente.
Academia responsable del programa:
Programa de Energía
Diseñador (es):
Dr. Gerardo Canizal Jiménez, M. en I. Carlos Chávez
Baeza, Dr. Álvaro Eduardo Lentz Herrera, M. en I.
Fernando Gabriel Arroyo Cabañas
*Aquellas en las que se ofrece la posibilidad de cursar una de las asignaturas, para cubrir un requisito INDISPENSABLE
será considerada INDISPENSABLE.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Combustibles y combustión
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PROGRAMA DE ESTUDIOS
COMBUSTIBLES Y COMBUSTIÓN
INTRODUCCIÓN
Aunque combustible es cualquier sustancia que pueda arder, habitualmente se reserva esta
denominación para aquellos materiales que son quemados para producir energía calorífica. Bajo la
denominación de combustibles se agrupan el carbón, el petróleo y el gas natural, principalmente, ya
que por sus características químicas se emplean como combustibles.
Se han formado naturalmente a través de complejos procesos biogeoquímicos, desarrollados bajo
condiciones especiales durante millones de años. La materia prima a partir de la cual se generaron
incluye restos vegetales y antiguas comunidades planctónicas. Además constituyen un recurso
natural no renovable.
El carbón o carbón de piedra se formó a partir de material vegetal. Muchas veces se pueden
distinguir vetas de madera o improntas de hojas que permiten reconocer su origen. El petróleo se
formó principalmente del plancton. Frecuentemente con el petróleo se encuentra gas natural,
originado durante el mismo proceso en que se generó el primero. Estos tipos de combustibles se
encuentran acompañados de azufre y derivados azufrados, ya que se formaron en condiciones
anaeróbicas.
El descubrimiento y el empleo de este tipo de combustibles produjeron un cambio revolucionario en
las tecnologías de producción aplicadas por el hombre. Comenzaron a emplearse a partir de la
Revolución Industrial y su uso se ha incrementado impresionablemente. Si bien esto permitió un
desarrollo productivo nunca antes conocido en la historia del hombre, también produjo un alto
impacto negativo sobre el ambiente.
La combustión de este tipo de combustibles genera emisiones de gases tales como dióxido de
carbono, monóxido de carbono y otros gases que han contribuido y aún contribuyen a generar y
potenciar el efecto invernadero, la lluvia ácida, la contaminación del aire, suelo y agua. Los efectos
contaminantes no sólo están vinculados a su combustión sino también al transporte (derrames de
petróleo) y a los subproductos que originan (hidrocarburos y derivados tóxicos). La situación se
agrava cuando se considera la creciente demanda de energía, bienes y servicios, debido al
incremento de la población mundial y las pautas de consumo.
PROPÓSITOS GENERALES
Que el estudiante conozca la definición, fuentes, tipos, procesos de producción y usos de los
combustibles, así como los procesos de combustión además de los conceptos y tipos de
quemadores que se usan tanto residencial como industrialmente, esto será mediante la exposición
de las características de los combustibles, los procesos de combustión y de los quemadores. Y que
conozca la eficiencia de los combustibles y desarrolle de quemadores más eficientes.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Combustibles y combustión
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PLANEACIÓN ESPECÍFICA
UNIDAD 1. INTRODUCCION
Propósitos específicos
Que el estudiante conozca las definiciones y fuentes de los combustibles, por medio de la exposición
de las diferentes concepciones del significado y donde encontramos sus fuentes, para entender la
relación del humano con su desarrollo y su dependencia a la energía.
Temas y subtemas
1.1. Fuentes Generales de Energía Convencional.
1.2. Que son los Combustibles.
UNIDAD 2. COMBUSTIBLES SÓLIDOS, LIQUIDOS Y GASEOSOS
Propósitos específicos
Que el estudiante comprenda en que consisten los combustibles con que cuenta el país, la forma en
que son procesados, el tipo de almacenaje que debe contener cada tipo de combustibles y el uso
primordial al que se aplica. Por medio de la descripción y la identificación de cada tipo de sus fuentes
y las características que posee. Que comprenda la relevancia e importancia que tienen dentro del
uso diario y no se tenga que tener una crisis energética.
Temas y subtemas
2.1. General.
2.2. Familia del Carbón.
2.2.1. Origen de Carbón.
2.2.2. Gasificación del Carbón.
2.2.3. Análisis y Propiedades del Carbón.
2.2.4. Acción de Calor por el Carbón.
2.2.5. Clasificación del Carbón.
2.2.6. Oxidación de Carbón.
2.2.7. Hidrogenación del Carbón.
2.2.8. Uso eficaz de los Combustibles Sólidos.
2.2.9. Manipulación de Combustibles Sólidos.
2.3. Propiedades Relacionadas a la Combustión.
2.4. Petróleo.
2.4.1. Clasificación de Petróleo.
2.4.2. Refinación y otros Procesos de Conversión.
2.4.3. Composición del Petróleo con respecto a la Combustión.
2.4.4. Propiedades y Pruebas de Productos del Petróleo.
2.4.5. Varios Productos del Petróleo.
2.5. Combustibles Líquidos de otras Fuentes.
2.6. Almacenamiento y Manipulación de Combustibles Líquidos.
2.7. Equipo de la Combustión de Combustibles Líquidos.
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2.8. Combustibles del tipo Gaseoso.
2.8.1. Gases Naturales.
2.8.2. Metano de Minas de Carbón.
2.8.3. Fabricación de Gases.
2.8.4. Gas de Refinación.
2.8.5. Gas de Acuíferos.
2.9. Combustibles no convencionales.
2.9.1. Biogás por ruta no térmica.
2.10. Limpieza y Purificación de Combustibles gaseosos.
UNIDAD 3. TEORÍA DE PROCESOS DE COMBUSTIÓN
Propósitos específicos
Que el estudiante conozca el proceso de combustión, la termodinámica asociada a la combustión y
las ecuaciones químicas que suceden durante la combustión, por medio de la explicación, el
aprendizaje y la solución de problemas termodinámicos relacionados con la combustión. Que el
estudiante determine la eficiencia de una combustión y considere el ahorro de combustibles y así
realice un progreso para evitar una crisis energética en el País.
Temas y subtemas
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
Estequiometria y Termodinámica.
Métodos Generales de Combustión Estequiométrica.
Combustión Estequiométrica Rápida.
Combustión Termodinámica.
3.4.1. Entalpía de formación y de combustión.
3.4.2. Temperatura adiabática de llama.
3.4.3. Primera ley de la termodinámica para la combustión.
3.4.4. Segunda ley de la termodinámica para la combustión.
UNIDAD 4. ESTEQUIOMETRIA
Propósitos específicos
Que el estudiante conozca la definición de estequiometría, la forma de calcular la combustión
completa y mediante la composición del combustible conocer la termodinámica. Esto por medio de
problemas de balance de masa y energía, de ecuaciones químicas y de la aplicación de ecuaciones
estequiométricas para la resolución de los problemas de combustión. Esto servirá para que realice el
cálculo de eficiencia y ahorro de combustible lo cual redunda en un ambiente más limpio.
Temas y subtemas
4.1. Relaciones Estequiométricas.
4.2. Requerimiento teórico de aire para una Combustión Completa.
4.3. Calculo de la cantidad mínima de aire requerida para un Combustible de Composición
conocida.
4.4. Calculo de la Composición de Combustible y suministro excesivo de aire.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Combustibles y combustión
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4.5. Análisis de gases de descarga.
4.6. Análisis de gases del conducto de humos (O2, CO2, CO, NOx, SOx).
UNIDAD 5. QUEMADORES
Propósitos específicos
Que el estudiante conozca el concepto de ignición y de llama, la clasificación de quemadores según
el tipo de combustible, mediante la descripción teórica del los conceptos y tipos de quemadores, lo
que permitirá que diseñe nuevos quemadores con características que permitan el ahorro de
combustibles.
Temas y subtemas
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
Ignición.
Concepto de Ignición.
Ignición del Automóvil.
Temperatura de la Ignición.
Propagación de la llama.
Métodos de estabilización de la Llama.
Diseño de un quemador.
Rasgos básicos y tipos de quemador de combustible sólido, líquido y gaseoso.
Consideración de diseño de tipos diferentes de quemadores para carbón-aceite y hornos de
gas.
5.10. Quemadores recuperativos y regeneradores.
UNIDAD 6. NORMATIVIDAD
Propósitos específicos
Que el estudiante conozca la importancia de reglamentar el uso de la combustión en procesos no
estequiométricos debido a la importancia ambiental y a la emisión de gases que pueden afectar la
salud y contaminar el ambiente, esto será realizado mediante la interpretación de las normas y
reglamentos que están vigentes para el uso de quemadores y combustibles. Con esto se
compromete a llevar a cabo el respeto a los reglamentos y normas para cuidar la salud humana y la
ambiental.
Temas y subtemas
6.1. Normas Nacionales
6.2. Normas Internacionales.
METODOLOGÍA PARA EL CURSO
Este programa se planeo para dictarse como un curso teórico-práctico. El aprendizaje de los temas
se debe llevar a cabo en dos niveles aquel que se imparten con docente y un nivel que debe ser de
aprendizaje autónomo. En los períodos de estudio con docente el estudiante asistirá a clases o al
laboratorio. Las clases serán mediante la interacción estudiante-profesor y estudiante-estudiante en
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las que todos deberán participar activamente y el profesor tendrá la función de supervisor y
facilitador. Esta función será favorecida por el uso de material que suministre el entendimiento y la
comprensión de los temas, se podrán usar principalmente representaciones y modelos en
computadora con paquetería didáctica, algunos experimentos seguros, además de otro tipo de
ayudas didácticas. Puesto que la asignatura Combustibles y Combustión esta enfocada a la parte
Industrial. El laboratorio proporcionara a los estudiantes la oportunidad de conjugar la teoría vista en
clases con los resultados experimentales obtenidos en las prácticas. La observación de los
fenómenos que se presentan a través de prácticas ayudará al estudiante a comprender mejor los
procesos con los cuales se enfrentara en su vida profesional, así también como a reforzar los
conocimientos teóricos adquiridos en clases.
EVALUACIONES
EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA
Modalidad: Escrita.
Criterios: Comprensión de conceptos y resolución de problemas expresados en los requerimientos
para cursar la asignatura. Los criterios e indicadores a avaluar son: conceptos de Sistemas
Energéticos, resolución de problemas de termodinámica, Química General, Química Orgánica y
Procesos del Petróleo.
EVALUACIÓN FORMATIVA
Modalidad: Las evaluaciones podrán ser de forma escrita, oral, o ambas y se aplicara tres
evaluaciones como mínimo durante el curso, debido a que así lo requiere el programa. La evaluación
escrita se realizara en el momento en que el profesor considere adecuado considerando para esto el
avance del programa y de las necesidades de integración de los contenidos del programa así como
el avance del grupo con respecto a este.
Criterios: Grado y comprensión de conocimientos, aplicación de conocimientos, análisis e
integración de los diversos contenidos o a través de la resolución de problemas.
EVALUACIÓN PARA LA CERTIFICACIÓN
Modalidad: Esta evaluación podrá ser escrita, oral, o ambas.
Criterios: Conceptos de Combustibles y de Combustión, Termodinámica de la Combustión,
Quemadores y Normatividad.
Indicadores. Que el estudiante conozca los diferentes tipos de combustibles que se usan en la
combustión, Teoría de la combustión, Termodinámica de la combustión, Concepto de ignición, tipos
de quemadores y normatividad nacional y mundial.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Combustibles y combustión
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BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
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Schmidt, Paul F. Fuel Oil Manual, 4th ed. Industrial Press, 1985.
Tillman, David A. and Stanley, N. Fuels of Opportunity: Characteristics and Uses in
Combustion Systems. Elsevier Ltd., 2004.
Rafael Kandiyoti, Alan Herod and Keith Bartle. Solid Fuels and Heavy Hydrocarbon Liquids:
Thermal Characterization and Analysis. Elsevier Science, 2006.
Kuo, Kenneth K. Principles of Combustion, 2nd ed. John Wiley and Son Inc., 2005.
Tillman, David A. Combustion of Solid Fuels & Wastes. Academic Press, 1991.
Samir Sarkar. Fuels and Combustion, 2nd ed. Orient Longman, 1990.
Bhatt, B I., and Vora, S. M. Stoichiometry, 2nd ed. Mcgraw Hill, 1984.
Blokh AG. Heat Transfer in Steam Boiler Furnace. Hemisphere Publishing Corpn, 1988.
Davies Civil. Calculations in Furnace Technology. Pergamon Press, Oxford, 1966.
Sharma SP, Mohan Chander. Fuels and Combustion. Mcgraw Hill, 1984.
Sunggyu Lee. Alternative Fuels. CRC, 1996.
RECURSOS DIDÁCTICOS
Equipo audiovisual, equipo de cómputo, paquetería didáctica para la enseñanza en clase.
Ingeniería en Sistemas Energéticos, Programa de Combustibles y combustión
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