thermodynamics
  • Docencia
    • Prácticas de Laboratorio
      • Ingeniería Térmica I · EPSZa
        • Bloque 1 · Transferencia de Calor.
        • Bloque 2 · Propiedades Termodinámicas de las sustancias puras.
        • Bloque 3 · Propiedades Termodinámicas de los Gases Ideales y de los Gases Perfectos.
      • Ingeniería Térmica II · EPSZa
        • Bloque 1 · Motor de Pistón.
        • Bloque 2 · Turbina de Gas.
    • Documentos
    • Exámenes
      • Criterios de Evaluación
      • Convocatorias
      • Exámenes Resueltos
        • EPS (Ávila)
          • Termotecnia
        • EPS (Zamora)
          • Climatización y Calefacción
          • Energías Alternativas
          • Ingeniería Térmica I
          • Ingeniería Térmica II
          • Termotecnia
        • ETSII (Béjar)
          • Ingeniería Térmica
          • Termodinámica Técnica
          • Motores Térmicos
      • Notas y Calificaciones
      • Reglamento de Exámenes
    • Pizarras
    • Prácticas de Campo
    • Trabajos de Fin de Grado
    • Studium
  • Investigación
    • Análisis boroscópico
    • Anemometría
    • Automoción
    • Calefacción
    • Climatización
    • Cogeneración
    • Energías Renovables
    • Frío
    • Medio Ambiente
    • Optimización Energética
    • Plantas Termoeléctricas
    • Termografía
    • Termometría
    • Trigeneración
  • Biblioteca
    • Recursos Bibliográficos
    • Acceso Remoto
  • Foro
  • WebCam
    • Meteorología
      • Campus de Ávila
      • Campus de Béjar
      • Campus Viriato de Zamora
    • Webcam
      • Campus Viriato de Zamora
  • Administración
    • Guías Académicas
    • Legislación Universitaria
  • Otros
    • Gasto por km de un automóvil
    • Tiempo de amortización de una lámpara LED.
    • Acerca de mí
Página de inicio » ¿Es el diésel un combustible “altamente contaminante”?" ( » Página 2)

Category Archives: 02. Ingeniería Térmica II:

¿Es el diésel un combustible “altamente contaminante”?

Publicada en 4 septiembre, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores)., 03.03. Meclas Reactivas. Combustión. 1 Comentario
  1. Pues vamos a verlo, y comparémoslo con la gasolina.

A efectos de cálculo, para simplificar, se puede considerar que el diésel es dodecano, C_{12} H_{26}, y que la gasolina es octano, C_{8} H_{18}.

Si en el motor se consigue la combustión completa y estequiométrica con aire seco (79 \% N_2+21 \% O_2, en base molar o, lo que es lo mismo, 3,76 N_2+O_2), las reacciones ajustadas correspondientes son:

Para el dodecano:

C_{12} H_{26}+18,5\left(3,76 N_2+O_2\right)\rightarrow 12 C O_2+13 H_2 O+69,56 N_2

Para el octano:

C_{8} H_{18}+12,5\left(3,76 N_2+O_2\right)\rightarrow 8 C O_2+9 H_2 O+47 N_2

De aquí, la relación aire-combustible en base molar, \overline{AC}, es

Para el dodecano:

\overline{AC}=\frac{18,5 \times 4,76 kmol_{aire}}{1 kmol_{C_{12} H_{26}}}=88,06 \frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}

Para el octano:

\overline{AC}=\frac{12,5 \times 4,76 kmol_{aire}}{1 kmol_{C_{8} H_{18}}}=59,5 \frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}

La masa molecular ficticia del aire es M_{aire}, es 28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}. Por su parte, la masa molecular del dodecano, M_{C_{12} H_{26}}, es 170,0 \frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}} y la del octano, M_{C_{8} H_{18}}, es 114,0 \frac{kg_{C_{8} H_{16}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}, y  por lo que resulta, para la relación aire-combustible en base másica, AC,

Para el dodecano:

AC=88,06\frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}\times \frac{28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}}{170,0 \frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}}=15,01 \frac{kg_{aire}}{kg_{C_{12} H_{26}}}

Para el octano:

AC=59,5\frac{kmol_{aire}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}\times \frac{28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}}{114,0 \frac{kg_{C_{8} H_{18}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}}=15,12 \frac{kg_{aire}}{kg_{C_{8} H_{18}}}

Veamos ahora qué ocurre en cuanto a la producción de CO_2. Para ello, calculemos la relación CO_2-combustible, \overline{{CO_2}C} para cada combustible.

Para el dodecano:

\overline{{CO_2}C}=12\frac{kmol_{{CO_2}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}

Para el octano:

\overline{{CO_2}C}=8\frac{kmol_{{CO_2}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}

La masa molecular del {CO_2} es 44,0 \frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}} por lo que operando de la misma forma que se hizo para la relación aire-combustible, resulta

Para el dodecano:

{CO_2}C=12\frac{kmol_{CO_2}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}\times \frac{44,0\frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}}{170,0\frac{kg_{C_{12} H_{26}}}{kmol_{C_{12} H_{26}}}}=3,11 \frac{kg_{CO_2}}{kg_{C_{12} H_{26}}}

Para el octano:

{CO_2}C=8\frac{kmol_{CO_2}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}\times \frac{44,0\frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}}{114,0\frac{kg_{C_{8} H_{18}}}{kmol_{C_{8} H_{18}}}}=3,09 \frac{kg_{CO_2}}{kg_{C_{8} H_{18}}}

 

CONCLUSIÓN 1: Contaminación asociada al consumo de aire.


En cuanto al consumo de aire, los resultados son similares, aunque son ligeramente ventajosos para el diésel.

Si se tiene en cuenta que los vehículos diésel consumen menos combustible que los vehículos de gasolina (su rendimiento es superior), se puede decir que, en cuanto al consumo de aire en vehículos es más ventajoso el diésel que la gasolina.

En cuanto al consumo de aire el diésel es menos contaminante que la gasolina.

 

CONCLUSIÓN 2: Contaminación asociada al CO_2 emitido.


En cuanto al CO_2 emitido, los resultados obtenidos son también similares, aunque ahora ligeramente ventajosos para la gasolina.

Nuevamente, si se tiene en cuenta que los vehículos diésel consumen menos combustible que los vehículos de gasolina, se puede decir que, en cuanto a las emisiones de CO_2 en vehículos, es más ventajoso también el diésel que la gasolina.

En cuanto a emisiones de CO_2 el diésel es, también, menos contaminante que la gasolina.


El lector debe tener en cuenta que estos cálculos se han hecho con la hipótesis de que los hidrocarburos son sustancias puras y la combustión es completa y estequiométrica.

Los hidrocarburos que conocemos como diésel o gasolina no son sustancias puras, sino mezclas en las que el hidrocarburo predominante es el dodecano, para el diésel, y el octano, para la gasolina. Esto es debido al proceso de separación o “craqueo” del petróleo. La consideración del combustible con todos sus componentes complica los cálculos y no varía apreciablemente los resultados.

Por otro lado, en motores térmicos la combustión nunca es completa y estequiométrica. Siempre se hace con exceso de aire para poder acelerar, es decir, para poder variar el régimen del motor de acuerdo con sus necesidades, y el hecho de que se realice con gran rapidez da lugar a que sea, además, incompleta. Esto da lugar a que los cálculos realizados tengan un carácter meramente aproximado. En la combustión real, incompleta y con exceso de aire, es imprevisible conocer exactamente a priori la composición cuantitativa de los humos, lo que hace necesario recurrir a su medición, apareciendo, en ambos casos, óxidos de nitrógeno, NO_x=NO+NO_2. Tanto más completa y estequiométrica se la combustión, más alta es la temperatura de los humos, mejor es el rendimiento (según el Segundo Principio de la Termodinámica) y menos combustible se consume, pero mayor es la cantidad de NO_x producidos. Para disminuir la temperatura de la combustión los motores emplean dispositivos como la válvula EGR (acrónimo de Exhaust Gas Recirculation o Recirculación de Gases de Escape) que consiguen bajar la temperatura de la combustión (desviando un pequeño flujo de humos hacia la admisión), disminuyendo el rendimiento y aumentando el consumo, por tanto, pero reduciendo las emisiones de NO_x.

Bien es cierto que en la combustión del diésel aparecen mayores cantidades de lo que se llaman “inquemados”, en forma de partículas, que dan una mayor sensación de suciedad, y verdaderamente ensucian el entorno (siendo, además, cancerígenas si se inhalan en grandes cantidades). Esto es debido, básicamente, a la configuración de la molécula de dodecano, más compleja (larga) que la de octano, lo que dificulta su reacción con las moléculas de oxígeno. Pero también se producen inquemados con la gasolina. La ventaja, no obstante, es que las partículas se ven, caen y acaban depositándose, mientras que los inquemados de la gasolina no se ven y permanecen en el ambiente, normalmente en forma gaseosa, pudiendo ser inhalados sin darnos cuenta.


CONCLUSIÓN FINAL.

La palabra “altamente” en la frase “…el diésel es altamente contaminante…” aporta una apreciación subjetiva que no se corresponde con la realidad, como se ha demostrado, además de ser imprudente en un gobernante.

El diésel no es más contaminante que la gasolina.

Jornada Rolls-Royce en la Escuela Politécnica Superior de Zamora.

Publicada en 31 agosto, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01. Ingeniería Térmica I:, 02. Ingeniería Térmica II:, 03. Climatización.

La empresa Rolls-Royce Plc es pionera en todos los sectores donde opera, tales como aviación (civil y militar), sistemas de energía (nuclear y naval), desarrollando e incorporando tecnologías de vanguardia que brindan las soluciones más limpias, seguras y competitivas para satisfacer las necesidades de energía vitales de nuestro planeta.

El próximo día 14 de septiembre, de 11 a 14 h, en el Salón de Actos del Campus Viriato de Zamora, con entrada libre, tendrá lugar una Jornada en la que Rolls-Royce Plc, en colaboración con la Escuela Politécnica Superior de Zamora (Área de Máquinas y Motores Térmicos de la Universidad de Salamanca) expondrá sus programas para estudiantes y recién graduados y máster.

Un primer vistazo a lo que Rolls-Royce Plc ofrece se puede encontrar en el siguiente enlace adjunto (de acceso público en internet):

http://careers.rolls-royce.com/united-kingdom#/

La jornada se ha programado para que nuestros estudiantes, graduados y máster conozcan lo que Rolls-Royce Plc ofrece oficialmente a aquellos seleccionados para su programa de graduados.

Los objetivos de la jornada son:

  • Dar a conocer la empresa Rolls-Royce Plc a la comunidad educativa de la Universidad de Salamanca (valores, objetivos y posibilidades de Carrera).
  • Mostrar las posibilidades y la vía de acceso a los programas de “graduate” e “internship”. Se hace notar, no obstante, que ésta no es la única manera de poder trabajar para Rolls-Royce Plc, pero a efectos prácticos para el alumnado, se explicarán los programas más beneficiosos para estudiantes en cualquiera de sus años de estudio.
  • Facilitar, en lo posible, y gracias a la experiencia de ex-graduados y/o actuales trabajadores de Rolls-Royce Plc, el proceso de solicitud y entender qué es lo que Rolls Royce valora en los candidatos, al margen de las certificaciones académicas.

Es una oportunidad muy buena para que los alumnos conozcan la experiencia de un egresado que ha combinado sus estudios, tanto en la Universidad de Salamanca, como en otras instituciones internacionales, además de experiencia profesional en España como en el extranjero.

La Jornada está organizada por el Área de Máquinas y Motores Térmicos, Dpto. de Ingeniería Mecánica en la Escuela Politécnica Superior de Zamora y el conferenciante será D. José Alberto Infante Sánchez, antiguo alumno de la Escuela Politécnica Superior de Zamora e Ingeniero de Rolls-Royce Plc.

Download the PDF file .

Frecuencias propias, sonido de motor, efecto Doppler y… ¿un violín?

Publicada en 10 agosto, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.01. Conceptos Fundamentales., 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores).

Un avión Falcon 900B vuela de Madrid a Castellón…

Publicada en 25 julio, 2018 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.04. Balance en Volúmenes de Control., 02.03. Motores de Turbina de Gas., 03.03. Meclas Reactivas. Combustión.

…y vuelta. Emplea, en total, aproximadamente una hora y media.

Veamos cuáles son los costes aproximados de este vuelo, tanto económicos como medioambientales.

El avión Dassault Falcon 900B, cuyas características técnicas se pueden encontrar aquí, está propulsado con tres motores turbofán Honeywell TFE 731-5BR-1C, cada uno de los cuales, según el fabricante, aspira, en velocidad de crucero, 187 \frac{lb}{s} de aire con un índice de derivación (By Pass Ratio, BPR) de 3,9. Los motores consumen queroseno, que es una mezcla de hidrocarburos en la que predomina el decano (C_{10} H_{22}; ver la bibliografía al respecto). A efectos de cálculo, para simplificar, se puede considerar que el queroseno es decano y que en el motor se consigue la combustión completa y estequiométrica.

La reacción completa y estequiométrica de la combustión del decano con aire seco (79 \% N_2+21 \% O_2, en base molar o, lo que es lo mismo, 3,76 N_2+O_2), ajustada, es:

C_{10} H_{22}+15,5\left(3,76 N_2+O_2\right)\rightarrow 10 C O_2+11 H_2 O+58,28 N_2

De aquí, la relación aire-combustible en base molar, \overline{AC}, es

\overline{AC}=\frac{15,5 \times 4,76 kmol_{aire}}{1 kmol_{comb}}=73,78 \frac{kmol_{aire}}{kmol_{comb}}

La masa molecular del decano, M_{comb}, es 142,0 \frac{kg_{comb}}{kmol_{comb}} y la masa molecular ficticia del aire,  M_{aire}, es 28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}} por lo que resulta, para la relación aire-combustible en base másica, AC,

{AC}=73,78\frac{kmol_{aire}}{kmol_{comb}}\times \frac{28,97 \frac{kg_{aire}}{kmol_{aire}}}{142,0 \frac{kg_{comb}}{kmol_{comb}}}=15,05 \frac{kg_{aire}}{kg_{comb}}=15,05 \frac{\frac{kg_{aire}}{s}}{\frac{kg_{comb}}{s}}

Esta relación sirve para determinar el flujo de combustible.

La reacción de combustión tiene lugar en la cámara de combustión, que está en el núcleo del motor (core). No todo el flujo de aire que aspira el motor pasa por la cámara de combustión. Para calcular el flujo de aire que pasa por el núcleo (que es, en definitiva, el flujo que pasa por la cámara de combustión), es necesario emplear el flujo de aire en la aspiración y el índice de derivación.

El flujo de aire en la aspiración presenta una fuerte dependencia de la velocidad, la presión y la temperatura (que a su vez dependen de la meteorología y de la altura). Tomando el valor que da el fabricante, se tiene que este flujo de aire en la aspiración es \dot{m}=187 \frac{lb}{s} = 187 \frac{lb}{s}\times 0,454 \frac{kg}{lb} = 84,898 \frac{kg}{s}. Este flujo pasa por el fan y tras él, se separa, yendo una parte, \dot{m}_c, al núcleo y el resto, \dot{m}_f, a la tobera del fan. Aplicando la ecuación del balance de masa,

\dot{m}={\dot{m}_f}+{\dot{m}_c}

Empleando en esta ecuación con la del índice de derivación (BPR), como la relación entre el flujo en el fan, \dot{m}_f, y el flujo en el núcleo, \dot{m}_c, (BPR=\frac{\dot{m}_f}{\dot{m}_c}), resulta, para el flujo de aire en el núcleo,

\dot{m}_c=17,326 \frac{kg_{aire}}{s}

Y utilizando la relación aire-combustible obtenida (AC=15,05 \frac{kg_{aire}}{kg_{comb}}), resulta un flujo de combustible de 1,1512 \frac{kg_{comb}}{s}, que en 90 min supone un consumo total de 6216,68 kg_{comb} en cada motor.


CONCLUSIÓN 1: Coste asociado al consumo de combustible, en €.

El precio del queroseno en Europa, según la Asociación Internacional del Transporte Aéreo (International Air Transport Association, IATA) es, en la actualidad, 2,080 \frac{USD}{gal}. También en el momento actual, 1 USD equivale a 0,85 €. Por su parte, 1 gal=3,78541L. La densidad del combustible es 0,82 \frac{kg}{L}. Como el Falcon 900B tiene 3 motores, resulta para el coste asociado al consumo de combustible, C_{comb},

C_{comb}=3 motores\times 6216,68 \frac{kg_{comb}}{motor}\times{2,080 \frac{USD}{gal}}\times{\frac{1 gal}{3,78541L}}\times{\frac{1}{0,82}\frac{L}{kg_{comb}}}\times{\frac{0,85€}{1USD}}=10622,71€


CONCLUSIÓN 2: Coste medioambiental, en kg de CO_2 emitidos, y huella de CO_2 asociada al combustible consumido.

Al coste asociado al consumo de combustible hay que añadir el coste medioambiental de las emisiones del CO_2 producido en la reacción de combustión.

De la ecuación de la reacción química de la combustión completa y estequiométrica se puede obtener la relación CO_2-combustible, \overline{{CO_2}C}, que en base molar es

\overline{{CO_2}C}=10\frac{kmol_{{CO_2}}}{1 kmol_{comb}}

La masa molecular del {CO_2} es 44,0 \frac{kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}} por lo que operando de la misma forma que se hizo para la relación aire-combustible, resulta

{CO_2}C=10\frac{kmol_{CO_2}}{kmol_{comb}}\times \frac{\frac{44,0 kg_{CO_2}}{kmol_{CO_2}}}{\frac{142,0 kg_{comb}}{kmol_{comb}}}=3,10 \frac{kg_{CO_2}}{kg_{comb}}=3,10 \frac{\frac{kg_{CO_2}}{s}}{\frac{kg_{comb}}{s}}

Como el consumo de combustible de cada motor es 6216,68 \frac{kg_{comb}}{motor}, el consumo total de combustible de los tres motores es 18650,04 kg, de donde queda, para las emisiones de CO_2 totales en el trayecto de ida y vuelta, 57815,124 kg_{CO_2}.

La huella de CO_2 asociada al combustible consumido es la relación entre la masa de CO_2 producido y el número de pasajeros transportados. El avión Dassault Falcon 900B tiene una capacidad total de doce pasajeros y dos tripulantes. Como se han hecho dos trayectos (ida y vuelta), contabilizando, pues, veintiocho pasajeros, resulta una huella de CO_2 de 2,065 t, un número relativamente alto si se compara con la huella de CO_2 que resulta en cualquier vuelo comercial, en está en el entorno de \approx0,3 t.


Nota del autor:

El lector debe tener en cuenta que estos cálculos se han hecho con la hipótesis de que los motores estén funcionando durante los 90 minutos en condiciones de máximo empuje y en régimen estacionario (son cálculos aproximados y hechos con un objetivo puramente didáctico).

En la operación habitual esto no es así, ya que los motores se emplean también en las maniobras de descenso y aproximación y gran parte de este tiempo (dependiendo de la pericia del piloto) quedan, incluso, al ralentí, lo que hace que los consumos sean sensiblemente menores en esas operaciones.


NOTA: Cualquier parecido con la realidad es pura coincidencia.


Sin embargo, el diésel “tiene los días contados”…

http://dim.usal.es/eps/mmt/wp-content/uploads/2019/11/DiasContadosDiesel.mp4

Pues vamos a ver si el diésel es tan contaminante como se deduce de lo que dice la Ministra. Haz clic aquí.

Operación de un Boeing 747-400 en la aproximación y el aterrizaje.

Publicada en 2 diciembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02.03. Motores de Turbina de Gas.

En estos vídeos se muestra la operación de un Boeing 747-400 en la aproximación y el aterrizaje. Se aprecia el momento en el que se activa la reversa y se levantan los aerofrenos, una vez que el tren de aterrizaje toca la pista. En el segundo se aprecia perfectamente en la espiral del bulbo del fan (a pesar del efecto óptico) cómo el motor queda a ralentí en la aproximación. En ambos se puede apreciar, también, el pandeo del plano durante la operación.

Volar parece divertido… desde fuera.

Publicada en 26 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 01.01. Conceptos Fundamentales., 02.03. Motores de Turbina de Gas.

O si no, que se lo pregunten al Piloto de este Saab JAS 39 Gripen, sometido a las aceleraciones (g) que se van visualizando en la parte inferior derecha de la imagen.

¿Por qué vuelan los aviones?

Publicada en 26 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02.03. Motores de Turbina de Gas.

Aunque con algunos errores en la locución (leída directamente por la máquina), en la que se habla de “reserva” cuando realmente se debería decir “reversa”, el vídeo merece la pena para quienes desconocen absolutamente este mundo.

Apuntes de Ingeniería Térmica II (Curso 2015-16, EPS de Zamora, Universidad de Salamanca), por Arias, C.

Publicada en 6 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02. Ingeniería Térmica II:, 06. Fuentes.

Apuntes del Curso 2015-16 de la Asignatura “Ingeniería Térmica II”, del Grado de Ingeniería Mecánica impartido en la Escuela Politécnica Superior de Zamora, de la Universidad de Salamanca, que de una forma absolutamente desinteresada nos dejó nuestra alumna Concepción Arias Pérez.

No están revisados, por lo que si alguien encuentra cualquier error, se agradecería que lo notificase.

Download the PDF file .

¿Cómo funciona la sonda lambda o sensor de oxígeno?

Publicada en 3 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores)., 03.03. Meclas Reactivas. Combustión.

Así:

Y así:

 

¿Cómo funciona el silenciador de un coche?

Publicada en 3 noviembre, 2017 de Juan-Ramón Muñoz Rico Publicado en: 02.01. Motores Volumétricos de Combustión Interna (motores).

Así:

Temas

Mapa de Visitas

Búsqueda en WorldCat

Buscar material en bibliotecas cercanas:

Dónde estamos


Ver mapa más grande

Tarjeta de visita

Tarjeta de visita

Calendario de Entradas

junio 2025
L M X J V S D
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30  
« Oct    

Herramientas

  • Calculadora HP (Ejecutar y copiar VaporHP del puerto 2 al puerto 0)
  • Conversor de Unidades
  • Ficha OnLine
  • MathWay
  • Termograf
  • WolframAlpha

Instrumentación

  • PCE Ibérica

Utilidades

  • CertiUni
  • Diccionario de Idiomas
  • Diccionario RAE
  • Vaughan Radio
  • Atras
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • Siguente
©Juan-Ramón Muñoz Rico · rico@usal.es