Curs 9 - introducere - istoric - noțiuni fundamentale

ARDEREA

Caldura utilizata in diferite procese termice, industriale sau menajere, provine in marea majoritate a cazurilor din caldura de reactie a combustibililor, degajata in timpul proceselor de ardere.

Procesul de ardere este o oxidare violenta a substantelor combustibile, insotita de degajare de caldura si emisiune de lumina.

Reactantii = corpurile care intra in procesul de ardere.

Produsii = substantele care rezulta in urma arderii, sunt reprezentati in

principal de gaze de ardere.

Emisiunea de lumina intr-un process de ardere se realizeaza frecvent prin flacara. Viteza de propagare a frontului de ardere defineste trei tipuri clasice de procese de ardere:

- deflagratia w < 30 m/s → utilizata in procesele industriale curente de ardere

- detonatia 30 m/s < w < 200 m/s

- explozia w > 200 m/s

Oxigenul necesar arderii se ia din aer, iar in cazuri speciale se afla in legaturile chimice ale combustibilului.

Elementele chimice clasice care prin ardere dezvolta caldura si emit lumina sunt: carbonul, hidrogenul si sulful. Acestea se gasesc in proportii diferite in combustibili pe langa alti componenti.

Clasificare combustibili clasici: solizi, lichizi si gazosi

Compozitia chimica a combustibililor solizi si lichizi se da prin participatia masica cu conditia de normare:

combustibilii gazosi au analiza chimica elementara data in participatii volumetrice:

Pentru declansarea procesului de ardere, combustibilul trebuie sa primeasca energie minima de aprindere, pe baza careia se defineste temperature de aprindere. Cu cat concentratia in oxygen creste, cu atat temperature de aprindere este mai mica. Concentraria in oxigen sau in combustibil influenteaza sensibil viteza de aprindere. Daca arderea s-a declansat exista limite la care caldura degajata din reactie nu mai este suficienta pentru a aspira energia minima de aprindere.

Aceasta limita se numeste inferioara – cand concentratia combustibilului in amestec este mica si superioara, cand concentratia oxigenului este scazuta. Aprinderea intre aceste limite aproximative ele depinzand de forma spatiului in care se desfasoara arderea.

Energia minima de aprindere este introdusa initial din exterior si apoi este luata chiar din procesul de ardere, ea find caracteristica fiecarui combustibil in parte.

In atmosfera de oxigen, temperatura de aprindere scade sensibil.

Arderea este influetata de:

- natura combustibilului;

- gradul de omogenizare a combustibilului cu oxigenul necesar arderii;

- concentratia oxigenului in atmosfera de ardere;

- constructia focarului

Arderea poate fi:

- completa – oxidarea combustibilului este completa

- incomplete – oxidare partiala a reactantilor

C+O2 = CO2 ardere completa

= CO ardere incomplete

Arderea se poate produce: cu contractie volumica

cu dilatare volumica

C+O2 → CO2 contractie volumica

C3H8+5O2 →3CO2 +4 H2O Dilatare volumica: intra 6 volume ies 7 volume

CH4+2O2→CO2+2H2O Volumul ramane constant

Chiar daca volumul produsilor arderii difera de cel al reactantilor, masa se conserva.

ARDEREA COMBUSTIBILILOR SOLIZI SI LICHIZI

Pe baza reactiilor chimice de oxidare se pot determina cantitatea de oxgen necesara arderii unui kg de combustibil, precum si gazele rezultate din ardere.

Ecuatiile de ardere ale elementelor combustibile permit sa se determine aerul necesar arderii, precum si cantitatea de gaze de ardere rezultate din din acest process. Aceste ecuatii se scriu pentru 1 kilomol de substanta considerandu-se ca numerele de masa moleculara au valorile:

Se considera ca reactiile se desfasoara in starea normala:T0=273,15K. po=101325Pa. Reactiile se pot scrie:

Impartind cu numerele de masa moleculara ale carbonului, hidrogenului, sulfului si inmultind relatiile cu participatia masica a carbonului –gc, a hidrogenului –gH si a sulfului –gS, din combustibil, se obtin relatiile de mai sus.

Combustibilii solizi si lichizi pot contine si oxygen cu participatia masica go.

Cantitatea minima de oxigen necesara arderii (ardere teoretica sau ….) este:

Qmin= gC +8gH+gS-gO [Kg oxigen/Kg combustibil]

Adnitand ca participatia masica a oxigenului in aer este de 23,2% cantitatea minima de aer necesar arderii este:

Lmin= [Kg aer/Kg combustibil]

Pentru a se asigura o ardere completa, trebuie sa se introduca mai mult aer decat cantitatea minima necesara.

Indicele excesului de aer n (n>1) conduce la: