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Bienvenidos al segundo curso para matriculados de combustión del CEARE del
año 2016. Acá les mando cuatro preguntas típicas de examen (las
correspondientes al contenido teórico del curso), para que puedan
autoevaluarse y se den cuenta que, si bien el examen no es difícil, hay que
estudiar y que es mejor que comiencen cuanto antes.
1. ¿Cuál sería la densidad del Metano (CH4) a 100 kPa y 15,5ºC?
2. Determine la composición en peso de un gas natural compuesto por un
95% de metano (PM del metano = 16) y 5% de etano (PM del etano =
30) expresados en volumen.
3. Diagrama de Ostwald, hacer un esquema indicando los puntos y
curvas características (ordenada al origen, abscisa al origen, Línea de
Grebbel, exceso de aire, monóxido de carbono).
4. Indique las principales características de una llama de premezcla
Dentro de unos días voy a mandarles las respuestas. Sugiero que traten de
responder sin esperar mis respuestas para poder "autoevaluarse" y que
mientras tanto traten de compartir sus inquietudes con el resto de los alumnos
a través del foro.
Asimismo, adjunto un ejercicio "como Dios manda", es decir, no un ejercicio
típico de examen sino uno de la vida real por si quieren practicar en serio.
Suerte,
Ing. Javier M. Olivares
CEARE - Tutor
(011)15-4052-6617
Zona de los archivos adjuntos
Aire propanado
Debido a las restricciones en el suministro de gas natural, a
un cliente industrial le avisaron que le tienen que cortar el
suministro de GN. Alternativamente, alguien le propuso
utilizar en sus instalaciones un gas combustible (una mezcla
propano‐aire) con la siguiente composición en volumen,
55,68% de propano, 35,01% de nitrógeno y 9,31% de
oxígeno oxígeno. Para esta composición composición de combustible combustible calcular,
calcular,
• la densidad relativa del gas a quemar.
• la densidad del gas a quemar a 2 kgr/cm2 y 20oC.
• el caudal de aire requerido para quemar con un 10% de exceso de aire, expresado en
kg/Nm3.
• el caudal de humos producido al quemar con un 10% de exceso de aire, expresado en
kg/Nm3.
• la composición en volumen de los humos, en base seca.
• el porcentaje de h dd ume a en los humos, ob i v amente, en base hú d me a.
Señores,
Según lo prometido envío la primera de las respuesta a las preguntas típicas de la parte
teórica que les mandé los otros días.
1.¿Cuál sería la densidad del Metano (CH4) a 100 kPa y 15,5ºC?
Rta.: Hay por lo menos dos formas de responder esta pregunta
Alt.1: Usando la ecuación de estado de los gases perfectos. Siendo
R=8314,5Nm/kmol/K la densidad será δ = P/R*M/T =200000Pa / 8314,5Nm/kmol/K
16 kg/kmol / (273,15 + 15,5) = 1,33 kg/m3
Alt.2: Usando una variante de la ecuación de estado de los gases perfectos, la ley de
Boyle Mariotte que sería P/(δT) = R/W = cte., es decir, P0/(δ0.T0) = P1/(δ1.T1) y
despejando la densidad quedaría δ1 = δ0(P1/P0)(T0/T1) que es algo así como un
monumento a la lógica y que dice que si aumentamos la presión, la densidad aumenta y
que si aumenta la temperatura, la densidad disminuye (gracias a eso los globos
aerostáticos vuelan). En CNPT, es decir, a 100 kPa y 0ºC, el peso de un mol de metano
es 12+4=16 gr y ocupa 22,4lt, por lo tanto la densidad sería 16/22,4 = 0,714kg/m3. A
15,5ºC y 100kPa (es decir, 200kPa absolutos) la densidad será
0,714*(200/100)*273,15/(273,15+15,5), entonces la densidad será δ = 1,35 kg/m3. Este
es mi método preferido.
Fíjense que para resolverlo por el primer método además de saber de memoria la
ecuación de estado de los gases perfectos y la constante universal también tienen que
convertir las unidades a Pascales absolutos y grados Kelvin, en cambio con la ley de
Boyle Mariotte, solo tienen que saber el valor del volumen molar y pasar las unidades a
valores absolutos.
Ing. Javier M. Olivares
CEARE-Tutor
Les sigo enviando lo que serían mis respuestas:
2.Determine la composición en peso de un gas natural compuesto por un 95% de metano (PM del
metano = 16) y 5% de etano (PM del etano = 30) expresados en volumen.
Rta.: La mejor forma de resolver este tipo de ejercicios es haciendo una tabla como ésta:
Componente Fórmula W
% Aporte en masa
(kg/kmol) Vol (kg/kmol)
Metano
CH4
16
Etano
C2H6
30
Sumas
-
-
% en peso
95 16x95/100= 15,2 15,2/16,7x100=
5 30x5/100=
100 W=
1,5 1.5/16,7x100=
16,7
91,0
9,0
100,0
En tablas como esta es importante verificar que tanto los datos como los resultados sumen
100. Es muy común que la suma de los componentes no de 100, en ese caso es importante el
criterio que utilicen para resolver el conflicto. Fíjense que así como cuando yo hablo de la
composición en volumen la expreso en procentaje, cuando doy el resultado de la composición
en peso también la expreso en porcentajes. Fíjense también que en forma secundaria en esta
tabla se determina el valor de la masa molecular de la mezcla (W=16.7kg/kmol), valor básico
para determinar la densidad del gas mezcla. Una tabla como esta hecha en una planilla de
cálculo electrónica tipo Excel o Google Docs, permite agregar filas para agregar componentes
adisionales o columnas para determinar diferentes propiedades de la mezcla.
Si alguien no recibió la respuesta a la primer pregunta, por favor, avíseme cuanto antes
3.Diagrama de Ostwald, hacer un esquema indicando los puntos y curvas características (ordenada
al origen, abscisa al origen, Línea de Grebbel, exceso de aire, monóxido de carbono).
Rta.: En el diagrama adjunto
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Eje de las ordenadas, fracción molar de CO2 en los humos
Eje de las abscisas, fracción molar de O2 en los humos
Ordenada al origen: valor de alfa máximo, que es función de la composición del combustible,
corresponde a la combustión estequiométrica completa.
Abscisa al origen: valor máximo de oxígeno, contenido de oxígeno en el aire, 0,21
Recta de Grebbel, combustión completa (CO=0)
Rectas correspondientes a combustión incompleta con CO=cte
Recta de combustión estequiométrica, es decir, exceso de aire e=0
Rectas de combustión con exceso de aire, e>0
Rectas de combustión con defecto de aire, e<0
Acá les mando la última de las cuatro respuestas.
4.Indique las principales características de una llama de premezcla
Rta.: Las principales características de una llama de premezcla son:
Alta concentración de calor: todo el combustible puede entrar en combustión al mismo tiempo
apenas se den las condiciones apropiadas (por ejemplo, la temperatura).
Mínimo espacio requerido para desarrollar la combustión, es decir, mínimo tamaño requerido
para la cámara de combustión ya que todo el combustible se encuentra previamente mezclado
con el aire,
Las temperaturas alcanzadas son más altas, gracias a la gran intensidad de liberación de
calor
Menor largo de llama (llamas más cortas)
Necesitan un cierto control de la estabilidad de llama para prevenir los fenómenos indeseados
de soplado o retroceso de llama
En los próximos días les subiré más preguntas típicas.
Señores,
Acá les mando las primeras preguntas típicas de examen sobre la parte teórico práctica.
5) Mencione por lo menos 2 categorías de artefactos según el capítulo 7 de la NAG201-08
describiendo aproximadamente los casos que contempla.
6) ¿Qué significan según el capítulo 7 de la NAG201-08 las siglas RAC y SAC?
7) Mencione por lo menos 2 causas que podrían provocar la disminución de la presión regulada
cuando aumenta el caudal de gas.
Como pueden ver no se trata de preguntas particularmente difíciles. Traten de responderlas por
su cuenta a modo de autoevaluación y dentro de unos días publicaré lo que yo hubiera
respondido.
Si les sobra algo de tiempo, traten de resolver los problemas de la unidad 16 que si bien no son
ejercicios típicos de examen, son problemas de la vida real que les pueden resultar muy útiles.
Suerte,
Ing.Javier M. Olivares
CEARE-Tutor
Señores,
Acá les mando lo que podrían ser las respuesta a las tres preguntas típicas de examen de la
parte teórico práctica que les mandé los otros días:
5ª)"Mencione por lo menos 2 categorías de artefactos según el capítulo 7 de la NAG20108 describiendo aproximadamente los casos que contempla."
Según el capítulo 7 de la NAG201-08 se establecen 8 categorías:
 Clase 1 Aquellos que usan un solo sistema de combustión.
 Clase 2: Los de menos de 120 kw y que usan termocupla para detección de llama.
 Clase 3: Los que operan en una misma cámara de combustión c/otros sistemas de
combustión.
 Clase 4: Los Clase 1 o 3, donde no hay red de energía eléctrica.
 Clase 5: Los Clase 1 o 3, que premezclan aire-combustible.
 Clase 6: Los motores estacionarios.
 Clase 7: Los Clase 1, 3 o 5, que operen a temperaturas mayores de 730 ºC en forma
permanente, sin cámara de combustión.
 Clase 8: Los que usan gas como materia prima, sin efectuar un proceso de
combustión.
Esta es una típica pregunta para explayarse. Con solo mencionar 2 categorías sería suficiente
para aprobar. Tan solo mencionar que son 8 las categorías, es un dato adicional. Hubo un
alumno que para responder esta pregunta llenó una carilla con letra normal y sin poner nada
que no fuera pertinente, ¿se animarían por lo menos a agregar ejemplos?
6) ¿Qué significan según el capítulo 7 de la NAG201-08 las siglas RAC y SAC?
 RAC: es el Relacionador de aire y combustible
 SAC: es el Sistema de Aire de Combustión
Esta es otra pregunta como para explayarse, ¿alguien podría agregar qué tipos de RACs hay o
qué abarca un SAC?
7) Mencione por lo menos 2 causas que podrían provocar la disminución de la presión
regulada cuando aumenta el caudal de gas.
Las causas que podrían provocar la disminución de la presión regulada cuando aumenta el
caudal de gas son filtro del regulador sucio (verificar presión de entrada y salida del regulador)
y mecanismo del obturador bloqueado (verificar capacidad máxima de consumo y regulador es
decir cuando te agregan consumos). La idea sería que hay algo que no permite que la válvula
abra más a medida que aumenta el caudal, puede ser que al estar tapado el filtro el obturador
además de vencer la fuerza del resorte tiene que comprimir al aire por encima del diafragama
pero también puede ser que alguna parte del mecanismo de obturación haya una basura (que
no debería existir, pero que las hay, las hay) que le impide el libre movimiento.
En este tipo de preguntas quiero hacer una aclaración expresa, se supone que la válvula fue
bien seleccionada, bien fabricada, bien instalada y originalmente funcionaba bien. Al cabo de
un tiempo el usuario llama al matriculado porque dejó de funcionar bien, ¿por qué? la idea es el
que el matriculado deduzca qué es lo que puede estar pasando y entre esas situaciones
posible, podría ser que alguien de mantenimiento haya metido mano o que se hayan habilitado
nuevos consumidores no oficializados, pero bajo ninguna circunstancia podría aceptar que me
digan que la válvula es chica o que fue mal seleccionada.
Por último acá les mando además las últimas preguntas típicas de examen sobre la parte
teórico práctica.
8) ¿Qué factores afectan a la eficiencia térmica de un artefacto?
9) ¿Qué diferencias hay entre la llama de un quemador que quema gas natural y la de
uno que quema fuel oil?
10) Enuncie por lo menos cinco enclavamientos del sistema de seguridad de un Sistema
de Combustión que al accionarse deberían producir la puesta fuera de servicio del
mismo.
Como pueden ver no se trata de preguntas particularmente difíciles. Traten de responderlas por
su cuenta a modo de autoevaluación y dentro de unos días subiré lo que yo hubiera
respondido.
Suerte,
Ing. Javier Olivares
CEARE - Tutor
(011)15-4052-6617
Acá les mando las respuestas a las últimas preguntas típicas de examen:
8) ¿Qué factores afectan a la eficiencia térmica de un artefacto?
La eficiencia térmica de un artefacto es el cociente entre el calor absorbido por el Sistema Térmico (SisTer) y el
calor aportado por el combustible. Al determinarlo por el método indirecto, lo único que habría que determinar es
la relación entre las pérdidas de calor por chimenea y el calor aportado por el combustible. Los factores que
afectan a la eficiencia térmica son
 la temperatura de salida de gases
 el exceso de aire
 la composición del combustible
 el calor perdido en la chimenea por combustión incompleta (en forma de energía química)
 la temperatura ambiente
En la medida que el combustible sea siempre el mismo (normalmente gas natural), la combustión sea completa
o que por lo menos la presencia de CO sea mínima y no haya grandes fluctuaciones en la temperatura
ambiente, la influencia de estos tres factores será relativamente menor, por lo que normalmente se considera
que los factores que afectan a la eficiencia térmica son la temperatura de los gases en la chimenea y el exceso
de aire los que juntos, prácticamente determinan las pérdidas de calor y con ellas, la eficiencia térmica del
artefacto.
Los analizadores de gases portátiles, utilizando este criterio, incorporan fórmulas simplificadas para determinar
de esta manera la eficiencia térmica del artefacto.
Otros factores que sin duda también afectan a la eficiencia térmica son:
 el estado de la aislación térmica: obviamente, si a un artefacto se le saca la aislación térmica, sería
lógico esperar que la temperatura de salida de los humos disminuya, ¿mejoró la eficiencia térmica?
si, ¿mejoró la eficiencia del artefacto? no (¿se entiende la diferencia?)
 fugas de gases. Si parte de los productos de combustión se escapan, la cantidad de gases que
circulan por todo el artefacto será menor por lo que sería lógico esperar que baje la temperatura en
la chimenea. Nuevamente, ¿mejoró la eficiencia térmica? si, ¿mejoró la eficiencia del artefacto? no
 El ensuciamiento de las superficies de calefacción. Una superficie de intercambio sucia va a permitir
que se transmita menos cantidad de calor, por lo que los productos de combustión saldrán a mayor
temperatura y la eficiencia térmica va a disminuir. Ahora bien, ¿se puede decir que es el
ensuciamiento lo que afecta a la eficiencia térmica? yo creo que lo que afecta es el incremto de
temperatura y el ensuciamiento es solamente la causa raíz.
Hay otros factores que directa o indirectamente afectan a la eficiencia térmica y que eventualmente desvirtúan la
utilidad de este valor de rendimiento. ¿Alguen puede mencionar alguno?
9) ¿Qué diferencias hay entre la llama de un quemador que quema gas natural y la de uno que quema
fuel oil?
 Como el gas se mezcla más fácilmente con el aire, la llama de un quemador que quema gas natural
será más corta,
 por esta misma razón el exceso de aire requerido para quemar gas natural es menor que para quemar
fuel oil lo que produce una menor masa de humos,
 además por la composición de los productos de combustión y por la menor producción de puntos
amarillos, será menos radiante que la de uno que quema fuel oil,
 esto hace que a igualdad de liberación de calor en el horno, las llamas de combustibles líquidos, más
radiantes, van a transmitir una mayor cantidad de calor y por lo tanto los humos van a salir del
horno a menor temperatura que cuando se quema gas natural.
 Al quemar gas natural, los humos a la salida del horno son más limpios y proporcionalmente tienen
más capacidad para transmitir calor por radiación y relativamente menos por convección que
cuando se quema fuel oil.
Estos hechos ponen en serio peligro a los sobrecalentadores de las calderas acuotubulares y en general al
refractario y a las superficies metálicas no refrigeradas en el resto de los sistemas térmicos. Ambas llamas
principalmente transmiten calor por radiación, no por convección, en cambio los gases a la salida del horno
transmiten calor por radiación (no luminosa) y por convección, entonces en general se puede afirmar que los
humos de la combustión de un combustible gaseoso serán más radiantes y menos convectivos que los humos
de un combustible líquido.
¿Alguien sabe de algún caso en que haya habido problemas al convertir a gas natural un sistema térmico
diseñado para quemar fuel oil?
10) Enuncie por lo menos cinco enclavamientos del sistema de seguridad de un Sistema de Combustión
que al accionarse deberían producir la puesta fuera de servicio del mismo.
Ante todo, los enclavamientos son causas que hacen que el SESdeL no permita que el SdeC encienda o fuerza
a que se apague hasta que haya desaparecido el riesgo asociado. En este caso, el enunciado plantea la puesta
fuera de servicio del SdeC, es decir, el mismo se encontraba encendido y por seguridad, se apaga.
Los enclavamientos que podrían provocar la salida de servicio pueden ser alta o baja presión de gas
combustible, falta de circulación de aire, no detección de llama principal, no detección de llama piloto (en el caso
de piloto permanente), falla del DdL (en el caso ques sea autoverificable), alta temperatura en chimenea.
También podría tratarse de una falla del SisTer que reclame la parada del quemador por seguridad, aunque en
este caso se podría discutir si a los enclavamientos del SisTer se los puede considerar como enclavamientos
del SdC. .
Un error muy común es que respondan "presostato de alta" o "detector de llama". No es el elemento de
seguridad por sí mismo la causa de un enclavamiento sino la presencia o ausencia de la variable que este
elemento supervisa. Es decir, hay enclavamientos por detección de alta presión de gas en el caso de un
presostato de alta o por la falta de detección de llama en el caso de un DdL.
Espero sus comentarios preferentemente via el foro pero si les resulta más cómodo por mail.
Nos vemos el 29 y/o el 30.