Principi di combustione

Principi di combustione - Fondamenti

Def. Combustione

Dal punto di vista chimico-fisico la combustione è una ossidazione fortemente esotermica.

Nei processi ad interesse tecnico la combustione avviene in miscele ed è accompagnata da emissioni nel campo del visibile (≡ fiamme).

Si parla di regime di deflagrazione (V < V_suono) con onde.

Classificazione delle combustioni in base al regime di moto in cui si sviluppano:

• Laminare
• Turbolenta

Combustibili

Nella tecnica la maggior parte dei combustibili è di origine fossile → Derivati della decomposizione di sost. organiche.

Esistono anche combustibili prodotti con processi industriali (esempio: derivati da rifiuti) → molto importanti, connessi a problemi ambientali.

Classificazione dei combustibili

1. Campi di applicazione
2. Tipo di dispositivo (T.A.; Caldaie...)
3. Potere ossidifero
4. Impiego terrestre, aeronautico civile, industriale...
5. Stato di aggregazione (L, S, Gas)

Densità dei combustibili

[kg/m³]

È importante per:

Solidi - tenere conto dell'aria negli spazi interstiziali → Effettuare misure in H₂O e acqua per determinare la presenza e quantificarla.

Uso (L-Vs) solido V_B - volume apparente.

Principi di combustione - Fondamenti

Def. Combustione

Dal punto di vista chimico-fisico la combustione è una ossidazione fortemente esotermica.

Nei processi di interesse tecnico la combustione avviene in mezzo ed è accompagnata da emissioni nel campo del visibile (= Fiamme).

Si parla di regime di deflagrazione (V_i V_suoni) sempre.

Classificazione delle combustioni in base al regime di moto in cui si sviluppano:

1. Laminare
2. Turbolenta

Combustibili

Nella tecnica la maggior parte dei combustibili è di origine fossile → Derivati della decomposizione di esseri organici.

Esistono anche combustibili prodotti con processi industriali (esempio: derivati da rifiuti) molto importanti conoscere anche combustibili non convenzionali (= alta fonte energetica alternativa).

Classificazione dei combustibili

1. Campi di applicazione
2. Tipo di dispositivo (f.e.g. caldaie...)
3. Potere calorifero
4. Impegno terrestre aeronautico civile, industriale...
5. Stato di aggregazione (L - S, Gas)

Densità dei combustibili

(^kg/_m³)

È importante per: Solidi tenere conto dell'aria negli spazi interstiziali.

Effettuo misure in H₂O e acqua per determinare la presenza e quantificarla.

Uso UL → massa secca.

Volume occupato dalla pareti della densità effettiva.

d: è la legge minore utilizzata.

ρBmassa Volume campione densità apparente... CO2

Potere calorifico dei combustibili

HV - Heating Value

HV è dal punto di vista termodinamico il potere calorifico ... è definito come il calore che si dovrebbe strarre ... dai prodotti di combustione per riportarli alle ... condizioni di reag. chimico connesso all'unità di massa ... di combustibile.

Per gas e miscela di gas si usa spesso ...

Nei casi teorici di sostanze pure si riferisce spesso ... a calori ed entalpie di reazione.

Reazione per il peso ... combustibile per det. potere calorifico.

Presenza di H₂O nella combustione

Questa assorbirà una parte del calore prodotto ... se evapora.

PCI: Potere calorifico inferiore (NCV).

PCS: Potere calorifico superiore.

LHV: re in forma condensata di consumo H_f.

V - LHV = ΔH_fgo calore latente di evaporazione.

Caso di combustione completa:

LHV = (h_ps (T_P) - h_Rs (T_R)) dove ... ...

Carne standard di formazione: ΔH_fo: calore che sviluppa quando una mole di sostanza si forma dai suoi elementi nei rispettivi ... stati standard ... 0.01257 P ... ... ... ... ... ... ... = 298.15 K ; 25 C.

Esempio di bilancio entalpico

Combustione del metano:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2 H₂O

(Dato le entalpie di formazione per reagenti e prodotti):

Entalpia di formazione reagenti - H_R = (-74.800) + 2 (0).

Entalpia di formazione prodotti - H_P = (-335.500) + 2 (-241.800) = -877.200 (kJ/kmol).

=> ΔH_V = - 802.300 = H_p - H_r kJ kmol CH₄.

=> ΔHV = ΔH_V = 50 134 kJ Moleocare CH₄.

Formula di Dulong per il potere calorico superiore

HHV = 33.850 C + 144.200 (H -%/8) + 9%/A con C, H, O, S sono le % di composizione della massa del combustibile usato (C = 49...)

Termochimica di base

Una reazione chimica si scrive:

v_r A + v_r B → v_c C + v_d D

Si è usato che il calore di reazione è pari a ΔH_rp: H_P - H_R.

Legge di Hess: calore scambiato a volume e pressione costante e lo stesso se la reazione avviene in uno o più stadi => Ci interessano solo dati iniziali e finali per determinare calore di reazione.

Enuncia legge di Hess: calcolo del calore standard etc.

Bilancio di combustione

Per un generico sistema di combustione si può scrivere:

(M_a, M_i − M_f (Q_REALE/M_c = LHV) (M_ah_e(T_e) + M_fh_f(T_f) = M_fh_f(T_B) + Q_E) (T=TM)

Nel caso "adiabatico": Q_E = 0 → No le perdite → si parla di temperatura adiabatica di combustione T_ad (Ideale).

Equilibrio chimico

Il concetto di equilibrio in chimica è particolarmente equilibrio chimico: La velocità nell'avanzamento dei prodotti di reazione è pari della velocità di chi si ritorna i reagenti → La smette la reazione ed è equilibrio.

Si riscrive il concetto di energia libera di Gibbs:

Ogni sistema evolve tendendo verso l'equilibrio con cui si ha minore valore del G * E intellegibile.

G - R - Ts.

Effetti dell’equilibrio chimico

*La temperatura adiabatica di fiamma Wè coincide con Ta di equilibrio, questo perde la log.

Non ci causa di fenomeno di scussione miscfaes.

Ta_{ad no et combinao, Taeq = Tad}

Def f: equivalence ratio: f = Massa stechiom : Massa reale.

Combustibili gassosi

Hanno un vasto impiego nell'ambito civile ed industriale.

• Combustione ad alta efficienza
• Ottimo trasporto e pulizia degli apparati di combustione
• Impatti ambientali ridotti

Classificazione

Combustibili gassosi naturali" - artificiali.

• Più noto è il metano (CH₄)
• Ottenuti da processi di gassificazione
• Anche il GPL è molto usato (Gas di Petrolio Liquefatti)
• Comprendono il CO e composti idrocarburici
• Ottenuti dalla distillazione del petrolio
• Same soloporabile di carbone ad alve crezzoni (gazogen eulepo)
• Anche il cloroformio

Spesso si usano miscele gassose ➲ +/- differenza della determinazione del potere calorifico (H₄).

Combustibili liquidi

Maggiore parte dei combustibili di interesse tecnico.

Nella maggiore parte sono derivati dalla lavorazione del petrolio greggio.

Classificazione

Si classificano in base a: densità, distillazione, punto di infiammabilità e viscosità ➲ la benzina:

• Benzina
• Kerosene
• Gasolio
• Oli combustibili

Combustibili solidi

Il più diffuso è il carbone ➲ hanno anche biomassee - combustibili che possono essere ottenuti da rifiuti.

Carbone ➲ alta efficienza di combustione.

Poderosità ➲ reazioni chimiche.

Si creano ceneri complesse nella gestione della combustione.

Hanno però elevato costo di depositazione.

Classificazione

• Antracite
• Bituminoso
• Subbituminoso
• Litantrace

Impianti con CO₂.

Normativa nazionale

Esiste ovviamente una normativa su quali ambienti si possono impiegare secondo dell’uso, del tipo e delle dimensioni dell’impianto.

Stoichiometria

Dalle reazioni di C, H, S, si ricava la massa di ossigeno necessaria per l’ossidazione completa.

Energia: C + O₂ = CO₂.

Ogni atomo di Carbonio richiede 2.67 kg di O₂.

Con l’analisi delle reazioni si determina la massa minima di ossigeno che deve essere presente per avvenire la reazione completa.

Def. rapporto stechiometrico ossigeno:

O₂ = 2.67 * C + 8 H + S = O.

CH₄: H₂O₂ = 2.67 * (12)₂ + 8 * 4 / (16).

Nella realtà in generale si usa aria e non O₂.

Carico il rapporto aria / combustibile Esempio: H₂O₂ = 0.233 E = 2.67 * C + 8 H + S = O CH₄.

S_O = somma in massa / 16 (massa persa O₂) (ouche): (mixture) dS = (x+y)/ a + 3.393.

Per aria teorica Per miscela C_xH_y.

Rapporto di equivalenza

• φ > 1: Miscela ricca
• d = 1: Miscela stechiometrica
• φ < 1: Miscela magra

Sostituito per miscela con λ = compresa si tiene con dS.

Def. eccesso di aria: E = (φ - dS) / dS / Massa Gi estico.

Massa: ms o d + 1 - R = raggio.

Rendimento di combustione

M_b = Q_u / Q_riv = Q_u - Q_e / Q_riv = 1 - Q_e / Q_riv = 1 - Q_e / LHV [^M / LH]^V = Q_u / M_p+LHV : rapporto tra calore utile e quello che avrebbe nella combustione ideale, in cui lo scambio di una particella è adiabatica.

Oss: Anche in cond. adiabatiche, M_b < 1 in presenza di aria M_b 88-93%.

Perdite Q_e: quanto → effetti di non perfetta isobatica f. → combustione incompleta → Conten. anomira.

Cinetica chimica

In genere equilibrio completo per una combustione.

In ogni ma tra combustori che non richiedono del tempo nella TACI tempo in cui il bruciatore è 20-30 MS → dobbiamo equipiriu nel comportamento cinetico della portata anche aumentando della densità egli ossulanti inquinanti.

→ V di reaz. ↔ (Concentraz., Temperatura, Energia d'attivazione) → (reagenti).

Fiamme

La riemuta è il processo termo-dimostramento in cui la combustione si reattizza.

Classificazione

Ficume prescaldate Fisace Diffusiae → Eliminazione nel differenza nel carico monostico appare combustibile → processo combuszione.

Carico di miscelazione: → turbulente migliori TACI, (balno).

Premiscelare: Soirniatore Blorienno Diezzione combustore - brucia a → Turbulenti - Diesel → Canderi - equaita Cadel.

Fiamma propagante

S. elimina lo sostante inquinanti operando con un valore omogeneo e controllato di φ.

Fronte di fiamma: specifica che delibera la miscela fresca che sovrasta velocità con cui il fronte si muove fisso verso la miscela fresca S indica velocità di propagazione dell' fiamma SF.

SF = f(T, P).

Se regime turbolento - S > SFl.

Nel caso del regime laminare è legata alla VSF < 2 m/s (laminare) SF = 5-15 m/s (esplosio Bunsen).

Fiamma diffusa e non premiscelata

Non si realizza un fronte di fiamme distinguio da combustion diretta in continuità di miscelazione la zona della fiamme è definita dal luogo dei punti adhiti φ.

Olio usato come riserv per calcoli. Leggi esiste:

Combustione (Liquidi -> e meccanica atomizzazione = il liquidi deve essere presenti in coma sola. In giura che piccole particule (iniettore).

Combustione dei solidi -> evocabile dal solidimisclia d'acquisione, derivi dei genera...