I4-400L

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COMBUSTION 
 
1. OBJETIVO 
OBJETIVO GENERAL 
Evaluar el rendimiento de la combustión del GLP en dos sistemas: un caldero de pared 
de fabricación industrial y una cocina de fabricación local. 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 Determinar la energia total absorbida por el agua 
 Determinar el rendimiento de aprovechamiento de la energía 
 Realizar la gráfica T vs t 
 
2. RESUMEN DE FUNDAMENTO 
Este rendimiento de la combustión o rendimiento químico puede determinarse por el 
análisis químico de los gases de escape y del combustible. 
Al realizar la combustión, una parte del calor producido se pierde, asociado a los 
productos de la combustión; estas pérdidas se pueden agrupar en dos tipos: 
1.- Pérdidas por Inquemados (𝑄𝑖) 
Corresponden al poder calorífico de los productos de la combustión que no han sido 
totalmente oxidados. Únicamente se presentan en el caso de combustiones incompletas, 
siendo más altas cuanto mayor sea la cantidad de inquemados. 
 
2.- Perdidas por entalpía de los productos de la combustión (𝑄ℎ𝑠) 
Corresponde al calor utilizado en calentar los humos hasta la temperatura a la cual 
escapan por la chimenea, ya que a partir de ese punto el calor que llevan no se recupera. 
Estas pérdidas son mayores cuanto más altas sean las temperaturas de humos. También 
aumentan con el exceso de aire, ya que con el mismo aumenta el volumen de humos, 
transportando mayor cantidad de calor. 
 
Con el fin de obtener el máximo rendimiento de combustión posible, ésta debe ajustarse 
de modo que se logre la combustión completa con el menor exceso de aire posible. 
Además, el gasto de combustible debe ajustarse de modo que se obtengan las 
temperaturas de humos más bajas posibles, produciendo la potencia necesaria para el 
servicio. 
 
Poder Calorífico. 
 
Cantidad de calor generado al quemar una unidad de masa del material considerado como 
combustible. El poder calorífico está relacionado con la naturaleza del producto. 
Existen dos clases de poder calorífico: el Poder Calorífico Inferior (PCI) y el Poder 
Calorífico 
 
 
 
Superior (PCS) 
Es el poder calorífico total. Es la cantidad de calor desprendida en la combustión de un 
Kg de combustible cuando se incluye el calor de condensación del agua que se desprende 
en la combustión 
 
Inferior (PCI) 
Es el poder calorífico neto. Es el calor desprendido en la combustión de 1 Kg de 
combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión no condensa. 
Cuando el combustible no tiene H, entonces no es posible la formación de agua y esto 
implicará que 𝑃𝐶𝑆 = 𝑃𝐶𝐼 
 
Es posible determinar el poder calorífico a partir de la composición de la sustancia, en 
concreto, a partir del porcentaje en agua e hidrógeno, mediante la siguiente fórmula: 
𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − (6𝑎 + 54𝐻), siendo a: %𝐻2𝑂 en el combustible, H: %𝐻2 en el combustible. 
3. PARTE EXPERIMENTAL 
MATERIALES Y EQUIPOS 
MATERIAL OBSERVACIONES CANTIDAD 
GARRAFA 
 
2 
OLLA 
 
1 
TERMOMETRO 
 
2 
COCINA 
 
1 
BALANZA 
 
1 
AGUA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FLUJOGRAMA EXPERIMENTAL 
 
 
 
 
 
 
t
T
Olla+H2O
Abrir el grifo y dejar 
circular el agua
Toma de Datos
apagar y cerrar el 
grifo
Garrafa 1
Olla+H2O
Regular la temperatura Encender el quemador
Encender el piloto
apagar y cerrar el 
grifo Garrafa 2
INICIO
Instalaion del 
equipo
Pesado
Garrafa 2
Olla
Garrafa 1
DATOS EXPERIMENTALES 
CALEFON DE PARED 
 
COCINA 
 
 
 
 
t T
min °C
0 47.5
1 50.8
2 51.6
3 51.9
4 52.3
5 51.7
6 51.2
7 51
8 50.8
9 50.5
10 50.4
11 50.2
v t
ml s
415 9
410 8.91
405 8.58
510 11.18
300 4.14
12.43 Kg
13.53 Kg
4.97 Kg
19.79 Kg
14.82 Kgmasa H2O inicial
DATOS
masa Garrafa 1
masa Garrafa 2
 masa Olla
masa Olla+H2O
t T
min °C
0 18.4
1 19.3
2 20.9
3 21.6
4 23.1
5 24.3
6 25.7
7 27.1
8 28.3
9 29.2
10 30.8
11 32.2
12 33.4
13 34.2
14 35.9
15 37
16 38.1
17 39.5
18 40.2
19 41.7
20 42.9
21 43.7
22 44.9
23 46.2
24 47.6
25 48.8
26 49.7
4. CALCULOS, RESULTADOS, ANÁLISIS DE 
RESULTADOS 
CALEFON DE PARED 
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝐺𝐿𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 13.53 𝐾𝑔 
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝐺𝐿𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 13.41 𝐾𝑔 
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝑮𝑳𝑷𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝟎. 𝟏𝟐 𝑲𝒈 
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝒎𝒂𝒔𝒂𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 ∗ 𝑷𝑪𝑰 
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 0.12𝐾𝑔 ∗ 49258.84
𝐾𝐽
𝐾𝑔
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝟓𝟗𝟏𝟏. 𝟎𝟔 𝑲𝑱 
 
 Caudal 
 
𝑻𝒂𝒎𝒃 = 𝟏𝟖. 𝟒 ℃ 
 
𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 11 𝑚𝑖𝑛 ∗
60𝑠
1 𝑚𝑖𝑛
∗
5.148 ∗ 10−5𝑚3
𝑠
∗
998.77𝐾𝑔
𝑚3
 
 
V t Q
m3 s m3/s
0.000415 9 4.611E-05
0.00041 8.91 4.602E-05
0.000405 8.58 4.72E-05
0.00051 11.18 4.562E-05
0.0003 4.14 7.246E-05
5.148E-05promedio
𝒎𝒂𝒈𝒖𝒂 = 𝟑𝟑. 𝟗𝟑 𝑲𝒈 
 
𝑻𝒑𝒓𝒐𝒎 = 𝟓𝟓. 𝟒𝟓 ℃ 
 Q sensible 
 
𝑸𝒔 = 𝒎𝑯𝟐𝑶 ∗ 𝑪𝑷 ∗ ∆𝑻 
𝑄𝑠 = 33.93 ∗ 4.186 ∗ (55.45 − 18.4) 
𝑄𝑠 = 𝟓𝟐𝟔𝟐. 𝟐𝟓 𝑲𝑱 
 Determinar el rendimiento y aprovechamiento de energia 
𝛈 =
𝑸𝒈𝒂𝒏𝒂𝒅𝒐
𝑬𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆𝒈𝒂𝒅𝒂
∗ 𝟏𝟎𝟎% 
η =
5262.25
5911.06
∗ 100 
 
η = 𝟖𝟗. 𝟎𝟐% 
 Temperatura vs tiempo 
 
 
 
COCINA 
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝐺𝐿𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 12.43𝐾𝑔 
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝐺𝐿𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 12.35 𝐾𝑔 
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝑮𝑳𝑷𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟖 𝑲𝒈 
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝒎𝒂𝒔𝒂𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 ∗ 𝑷𝑪𝑰 
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 0.08𝐾𝑔 ∗ 49258.84
𝐾𝐽
𝐾𝑔
 
𝑬𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒊𝒅𝒂 = 𝟑𝟗𝟒𝟎. 𝟕𝟎 𝑲𝑱 
 Obtenemos la masa del agua 
 
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝑯𝟐𝑶 𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 = 𝟏𝟒. 𝟖𝟐𝑲𝒈 
 
 Q sensible 
𝑸𝒔 = 𝒎𝑯𝟐𝑶 ∗ 𝑪𝑷 ∗ ∆𝑻 
𝑻𝒑𝒓𝒐𝒎 = 𝟑𝟓. 𝟓𝟔 ℃ 
𝑄𝑠 = 14.82 ∗ 4.186 ∗ (35.56 − 18.4) 
𝑄𝑠 = 𝟏𝟎𝟔𝟒. 𝟓𝟓 𝑲𝑱 
 Q Latente 
𝒎𝒂𝒔𝒂 𝑯𝟐𝑶 𝒆𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓𝒂𝒅𝒂 = 𝟎. 𝟎𝟒𝑲𝒈 
14.82 Kg
4186 kJ/kg C
19.75 Kg
14.78 Kg
0.04 Kg
2257 KJ/kg
masa H2O evap
Hvap
masa H2O inicial
Cp H2O
masa Olla+H2O(final)
masa H2O final
𝑸𝑳 = 𝒎𝒆𝒗𝒂𝒑∆𝑯𝒗𝒂𝒑 
𝑄𝐿 = 0.04 𝐾𝑔 ∗ 2257
𝐾𝐽
𝐾𝑔
 
 
𝑸𝑳 = 𝟗𝟎. 𝟐𝟖 𝑲𝑱 
 Q ganado 
𝑸𝑮 = 𝑸𝑳 + 𝑸𝒔 
𝑄𝐺 = 90.28 + 1064.55 
𝑸𝑮 = 𝟏𝟏𝟓𝟒. 𝟖𝟑 𝑲𝑱 
 
 Determinar el rendimiento y aprovechamiento de energia 
𝛈 =
𝑸𝒈𝒂𝒏𝒂𝒅𝒐
𝑬𝒆𝒏𝒕𝒓𝒆𝒈𝒂𝒅𝒂
∗ 𝟏𝟎𝟎% 
η =
1154.83
3940.70
∗ 100 
𝛈 = 𝟐𝟗. 𝟑% 
 Temperatura vs tiempo 
 
 
 
 
5. CONCLUSIONES 
Analizando nuestros resultados de los rendimientos podemos apreciar la diferencia entre 
ambos equipos teniendo a la cocina con un rendimiento de 29.3% y el calefón de pared 
con un rendimiento de 89.02%. 
Esta diferencia de rendimientos puede deberse a varios factores entre los cuales se quiere 
destacar que la cocina fue elaborada de una forma artesanal imitando otros modelos y no 
así considerando los factores de combustión ocasionando un rendimiento bajo. Lo 
contrario ocurre con el calefón de pared al cual el fabricante toma en cuenta los factores 
de combustión y lo elabora de una forma que sea totalmente aprovechable, he ahí su 
rendimiento alto. 
6. BIBLIOGRAFIA 
 Flujo de fluidos e intercambiador de calor (O. Levenspiel) 
 Guía de laboratorio de termodinámica – UMSA. Facultad de ingeniería. 
Ing. Ph. René Alvarez. 
 Carpio Jaime (-); Combustibles y combustión; Escuela técnica superior 
de ingenieros industriales; Extraído de: 
http://fluidos.etsii.upm.es/faculty/Jaime_Carpio/Docencia/Introduccion_c
ombustion.pdf 
http://fluidos.etsii.upm.es/faculty/Jaime_Carpio/Docencia/Introduccion_combustion.pdf
http://fluidos.etsii.upm.es/faculty/Jaime_Carpio/Docencia/Introduccion_combustion.pdf