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• María Eugenia Olivares

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Pregunta 1 Correcta Se dispone de fangos de depuradora con la siguiente composición centesimal: 43,8% en carbono, 6,2% en hidrógeno, 19,4% en oxígeno y 1,0% en azufre. Su contenido en agua del 40%. Calcular el poder calorífico útil de los lodos de depuradora.

b. Clique aquí para ver la respuesta. 

wwLodos de depuradora

GC

GH

GO

GS

w

PCIútil (kcal/kg)

0,43 8

0,06 2

0,194

0,01 0

0,40

2569,36

Se sustituyen los valores de carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre y de humedad en la fórmula de Dulong para un combustible húmedo. De esta forma, se obtiene el poder calorífico útil de estos lodos de depuradora. Enviar

Pregunta 2 Enunciado de la pregunta Obtener una expresión para la diferencia entre los poderes caloríficos superior e inferior del metano.

b. Clique aquí para ver la respuesta.  La reacción de combustión ideal del metano es la siguiente: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Por definición, el poder calorífico a presión constante de un combustible se calcula considerando el agua en estado de vapor. A partir de la ecuación\:    Se obtiene para el poder calorífico inferior:    Mientras que para el poder calorífico superior se tiene:    La diferencia entre ambos poderes caloríficos será: 

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Pregunta 3 Determinar el Poder Calorífico Inferior y el Poder Calorífico Superior del metano CH 4, teniendo en cuenta que el PCS se diferencia del PCI en que el agua obtenida se considera en estado liquido para el primero. b. Clique aquí para ver la respuesta. 

La diferencia respecto a valores de la bibliografía es debida a las fuentes de información de las entalpías de formación, o a que en la tabla se muestran productos comerciales. En este sentido cabe indicar que el CH 4 comercial es diferente del CH4 puro. Para calcular el poder calorífico superior (PCS): 

  Tal y como puede observarse: PCS > PCI Comprobar

Pregunta 4 La humedad supone un serio obstáculo para la incineración. Calcular el porcentaje de calor aportado por el combustible para eliminar solamente la humedad de un residuo con la siguiente composición: - Materia sólida seca: 25% - Humedad\: 75% - PCI=3700 kcal/kg El calor específico del sólido es de 0,35 kcal/kg ºC y se supone que toda la humedad se evapora a 100 ºC. La temperatura ambiente es de 20 ºC y el calor latente de vaporización del agua a 100 ºC es de 540 kcal/kg. b. Clique aquí para ver la respuesta.  Q1: calentamiento del sólido 0,25 x 0,35 x (100-20)= 7 kcal/kg Q2: calentamiento del agua 0,75 x 1 x (100-20)= 60 kcal/kg Q3: calor evaporación del agua: 0,75 x 540= 405 kcal/kg Por tanto, para secar completamente un kg de este residuo se consumen 472 kcal. Si el PCI dado por este residuo se evalúa en 3700 kcal/kg, se tiene que: Calor aportado por el residuo: 0,25 x 3700= 925 kcal/kg Calor preciso para evaporar el agua: 465 kcal/kg Calor residual útil aportado por el residuo: 460 kcal/kg Tal y como se puede observar, la eliminación de la humedad demanda el 51% del calor aportado por el combustible (o residuo). De ahí la importancia de considerar los residuos tan secos como sea posible. De este calor neto, considerado como el 49%, todavía deben considerarse las pérdidas por diferentes conceptos. De ahí que el margen de maniobra nos ea muy grande y deban optimizarse los mecanismos de transferencia de calor para evitar que las pérdidas se incrementen y el rendimiento global disminuya. Comprobar

Pregunta 5

¿Por qué es posible la reformación de dióxinas y furanos en la combustión de los RSU? b. Clique aquí para ver la respuesta.  Las dioxinas (policlorodibenzodioxinas) constituyen una familia de sustancias químicas reconocidas como las más tóxicas que el hombre haya sido capaz de sintetizar. Forman parte, junto con los furanos (paradiclorobenzofurnos), igualmente altamente tóxicos, de una familia química más amplia: los organoclorados. Los organoclorados son las sustancias que resultan de la unión de uno o más átomos de cloro con un compuesto orgánico. Aunque esta unión puede ocurrir de forma natural, la inmensa mayoría de estas sustancias se forma artificialmente.  La mayoría de los residuos, en particular los RSU, están exentos en la práctica de dióxinas y furanos (no obstante, hoy en día se han detectado numerosos organoclorados en los RSU a la entrada en la incineradora). Sin embargo, sí existen los cuatro componentes básicos para su síntesis: C, H, Cl y O. En los hornos de parrilla se da una zona de baja temperatura (entre 300 y 600 ºC) justo cerca de la parrilla que es, justamente, donde se pueden sintetizar las dioxinas a partir de precursores como los clorobencenos. La presencia de dioxinas y furanos en los efluentes de incineración ha condicionado que las normativas regulen que la temperatura de combustión se mantenga por encima de los 850 ºC durante almenos 2 segundos; en los casos en que se incineren residuos con más del 1% de sustancias orgánicas halogenadas deben asegurarse, como mínimo, temperaturas de 1.100 ºC. Los refractarios y las sondas de control deben resistir estas temperaturas tan elevadas. Aún cumpliendo con estas premisas, las dióxinas y furanos pueden volver a reformarse en la última zona de la caldera, es decir, cuando los gases, al abandonar la última etapa de la caldera, se hallan a una temperatura por debajo, aproximadamente, de los 550 ºC. En estas condiciones se puede tener la presencia de estos compuestos en las cenizas volantes y en los gases. De ahí que las cenizas volantes -también contienen metales pesados- sean catalogadas como residuo peligroso. Cuando hay constancia de reformación de dioxinas y furanos en cantidades significativas, debe procederse a un enfriamiento brusco para impedir la síntesis, o lo que es lo mismo, reducir el tiempo de permanencia de los gases dentro de la franja de temperatura crítica de temperaturas (600 a 250 ºC). Comprobar

Pregunta 6 Determinar la cantidad de aire necesario para la incineración completa de 1 tonelada de residuos sólidos orgánicos. Suponer que la composición de los residuos que se van a incinerar es C 5H12, y que el peso específico del aire es 1,2 kg/m3.

b. Clique aquí para ver la respuesta.   Lo primero que debe hacerse es escribir la ecuación para la oxidación del compuesto orgánico con el aire. En los cálculos de combustión, el aire seco se supone que está compuesto por 21% de O 2 y 79% de N2. Por tanto, la reacción de oxidación es: C5H12 + 8O2 + 30,1N2 → 5CO2 + 6H2O + 30,1N2 Deben tenerse en cuenta los pesos moleculares: PM (C5H12) = 72 g/mol PM (O2) = 32 g/mol El oxígeno necesario se calculará como: 

  Suponiendo que el aire contiene el 23,15% de O2 en peso: 

  Sabiendo que el peso específico del aire es 1,2 kg/m3: 

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Pregunta 7 Evaluar la energía recibida por el agua en una caldera se los reactivos, etano C 2H6 y oxígeno O2, entran a 50 ºC, y los productos de la reacción salen a 200 ºC. Se considerará que todo el calor de la reacción se transmite al agua.

b. Clique aquí para ver la respuesta.   

 

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Pregunta 8 Repetir el ejercicio 2 sustituyendo el oxígeno puro a la entrada por aire con un exceso de X=1,5 (50% más de oxígeno del necesario).

  Se busca cada término:

 

Agrupando: 

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Pregunta 9 La incineración de RSU posee numerosas ventajas, pero también ciertas limitaciones ambientales y económicas. ¿Cuáles son? b. Clique aquí para ver la respuesta.  Las limitaciones ambientales hacen referencia a dotar a la instalación de un completo sistema de tratamiento de gases y aplicar a las escorias y cenizas volantes un tratamiento que asegure su inertización. Por otro lado, la única vía de rentabilidad económica de una incineradora es la venta de electricidad y ello exige cada día rendimientos más elevados. Comprobar

Pregunta 10 ¿Por qué es necesaria una cámara de postcombustión para los residuos peligrosos?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  En prácticamente todas las incineradoras de residuos peligrosos la cámara de postcombustión es necesaria porque la cámara de combustión primaria (horno fijo o múltiple) no proporciona suficiente tiempo de residencia ni temperatura para destruir los componentes orgánicos del residuo y conseguir la DRE requerida. La función de la cámara de combustión primaria es volatilizar la fracción orgánica del residuo y la de la cámara secundaria es calentar los componentes orgánicos vaporizados hasta una temperatura donde se oxiden completamente. Comprobar

Pregunta 11 A una planta incineradora llegan 1.000 kg de basura en bruto, cuyo peso específico es de 250 kg/m 3, mientras que el de las escorias es de 600 kg/m3. Calcular la reducción de peso y de volumen para los casos siguientes:

a. Se incineran 1.000 kg, y se llevan a vertedero 202 kg. b. Se reciclan 271,6 kg, y se llevan a vertedero 108,5 kg. c. Se reciclan 271,6 kg, se compostan 344,4 kg, y se llevan a vertedero 91,3 kg. b. Clique aquí para ver la respuesta.  En primer lugar se calcula el volumen inicial de basuras: 

Para el primer caso, el volumen de rechazo es: 

Por tanto, la reducción de volumen es: 

  Y la reducción de peso: 

En el segundo caso, se someten a incineración 728,4 kg de basuras, de los que 108,5 kg se destinan a vertedero. Primero se calcula el volumen de rechazo:

A partir de este dato se puede calcular la reducción de volumen: 

  Para calcular la reducción de peso: 

  En el tercer caso, únicamente se someten a incineración 384 kg (38,4% del total de las basuras), de los cuales se destinan a vertedero 91,3 kg. El volumen de rechazo se calcula como: 

Ahora ya se puede calcular la reducción de volumen y de peso: 

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Pregunta 12 ¿Cuál es la principal diferencia entre la gasificación y la combustión desde un punto de vista energético?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  La principal característica diferenciadora es que si bien en la combustión toda la energía del gas está en forma de calor sensible, en la gasificación, parte de la energía química contenida en la materia prima pasa al gas (se habla de calor latente del gas). No obstante, no toda la energía se aprovecha en forma de poder calorífico del gas, existe pues un rendimiento de la gasificación que dependerá del tipo de gasificador y del agente oxidante.

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Pregunta 13 ¿Cuándo es aconsejable utilizar la pirólisis y cuándo la gasificación? b. Clique aquí para ver la respuesta.  Cuando el residuo a tratar es mayoritariamente orgánico, parece aconsejable usar la gasificación, mientras que si la presencia de materiales inorgánicos es importante, sería conveniente decantarse por un proceso de pirólisis. Comprobar

Pregunta 14 En el caso de tratar un caudal considerable de gas, mediante el empleo de ciclones, cuál sería la disposición más conveniente?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  Si se aumenta su diámetro, aumentará la pérdida de carga, la demanda de energía y crecerán las posibilidades de producir abrasión. Otra solución es el empleo de ciclones en serie, pero como consecuencia también se produce un aumento de la pérdida de carga. Por lo general, nunca superan el número de tres. La mejor opción es el empleo de multiciclones, que es una disposición de varios ciclones en paralelo, de igual diámetro, y que comparten una entrada y evacuación de gas comunes. Comprobar

Pregunta 15 Supóngase un lavador para el control de partículas, de una etapa, que trata un gas cargado con 5 g/m 3 de partículas y que genera unos lodos cargados con 20 g/l de dichas partículas. ¿Cuál será la cantidad de material particulado que se emitirá a la atmósfera sabiendo que el rendimiento de la captación es del 99,5%? b. Clique aquí para ver la respuesta.  El gas de salida contendrá\: 5000*(1-0,995)= 25 mg/m3 de partículas. Comprobar

Pregunta 16 En la incineración, qué papel desempeñan los catalizadores?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  El papel del catalizador es posibilitar la combustión térmica en la incineración a temperaturas más bajas. Esto da lugar a un ahorro de combustible para una misma cantidad de gas tratado. No obstante, los catalizadores tienen un coste de inversión -están construidos a partir de metales preciosos y especiales- y de regeneración. Cada vez más se emplean los catalizadores basados en óxidos metálicos en detrimento de los compuestos de metales nobles. Comprobar

Pregunta 17 ¿Por qué es importante la cogeneración? ¿Cuáles son sus ventajas? b. Clique aquí para ver la respuesta.  El elevado rendimiento que proporciona la cogeneración equivale a un importante ahorro energético de combustible a escala nacional, de ahí que la cogeneración sea una práctica fomentada por la mayoría de las administraciones. En este sentido, una planta que genere 1 MW(e) puede ahorrar hasta 900 Tep/año. Además, en determinados procesos industriales donde una interrupción en el suministro eléctrico puede provocar problemas graves, la existencia de un grupo de cogeneración, garantizaría su continuidad, al resultar posible su desconexión de la red y el trabajo en isla, alimentando puntualmente las cargas críticas.

Las ventajas son\: - Reducción de la factura energética. - Aumento de la fiabilidad del suministro energético. - Incorporación de tecnologías innovadoras. - Aumento de la diversificación energética.   Comprobar

Pregunta 18 ¿Cuál es el principal requisito para el empleo de la cogeneración? b. Clique aquí para ver la respuesta.  El principal requisito para el empleo de la cogeneración es la existencia simultánea de demanda de energía térmica y eléctrica importante, almenos durante 4000 ó 5000 horas al año. Así pues, los sistemas de cogeneración son especialmente indicados para el suministro energético a procesos de tipo continuo, con regímenes de 24 h/día y con interrupciones como máximo de fin de semana. Comprobar

Pregunta 19 ¿Cuáles son los principales consumos energéticos que se dan en cogeneración?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  Los principales consumos energéticos que se dan en cogeneración son: - Calor de proceso (en industrias). - Temperatura. - Iluminación. - Fuerza motriz. - Climatización. - Otros.   Comprobar

Pregunta 20 ¿Por qué se emplea el vapor como fluido de trabajo? b. Clique aquí para ver la respuesta.  El hecho de la utilización del vapor como fluido de trabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo. Este ratio en el caso del agua es tres veces mayor que en el caso del aire, de forma que para dos turbinas, una de vapor y otra de gas con la misma potencia de salida, se tiene que el gasto másico de la turbina de vapor es tres veces menor. Comprobar

Pregunta 21 Enunciado de la pregunta ¿En qué consiste el ciclo de Rankine con recalentamiento?

b. Clique aquí para ver la respuesta. 

En algunos ciclos se acostumbra extraer vapor de la turbina en partes intermedias, para recalentarlo y volverle a permitir que se expanda hasta la presión final. Este proceso se denomina ciclo de Rankine con recalentamiento, el cual permite obtener un mayor trabajo de la turbina.

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Pregunta 22 ¿Qué se entiende por rendimiento energético de una turbina de gas? b. Clique aquí para ver la respuesta.  Se entiende por rendimiento energético de una turbina de gas la relación entre la energía mecánica obtenida y la energía aportada por el combustible utilizado. Frecuentemente, y a causa de la principal aplicación a escala industrial de estas máquinas, que es el accionamiento de alternadores, se considera el rendimiento en términos de energía eléctrica producida, es decir, considerando conjuntamente la turbina de gas y el alternador. Comprobar

Pregunta 23 ¿Qué tipo de combustibles se emplean en una turbina de gas?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  Los combustibles que se emplean en una turbina de gas pueden ser gases (gas natural, gases licuados del petróleo, gas manufacturado, gas de refinería, gas de proceso o gases residuales) o líquidos (gasoil, gasolinas o fuelóleo), pero siempre libre de partículas sólidas o impurezas (sin azufre). Comprobar

Pregunta 24 ¿Dónde está inidicada la aplicación de turbinas de gas en cogeneración? b. Clique aquí para ver la respuesta.  La aplicación de turbinas de gas en cogeneración está limitada a complejos industriales o comerciales con consumos energéticos importantes que permitan utilizar máquinas como mínimo de 500 kW de potencia eléctrica, pues de momento las gamas inferiores no ofrecen unas prestaciones técnico-económicas suficientemente interesantes. Comprobar

Pregunta 25 ¿Cuáles son las ventajas del ciclo combinado?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  Las ventajas del ciclo combinado pueden resumirse en: - Un gran rendimiento global, que varía en función de la temperatura de entrada a la turbina de gas. - Alta relación potencia producida-espacio ocupado. - Rápida puesta en marcha, lo que implica la posibilidad de trabajar en las zonas punta. - Menor consumo específico, en comparación con las centrales convencionales (aprox. 800 Btu/kWh). - Redundancia de sistemas, lo cual permite que prosiga la producción en el caso de avería de algún componente. - Relativamente bajo coste de instalación en relación con las plantas convencionales. - Reducción de pérdidas por humos, al salir éstos a menor temperatura. - Menor contaminación al rentabilizar los procesos de desulfuración de combustibles, así como limitar las emisiones de NOx. Comprobar

Pregunta 26 Correcta ¿Cuáles son los rendimientos típicos de un ciclo combinado?

b. Clique aquí para ver la respuesta.  En un ciclo combinado, se tiene: - Rendimiento mecánico de la turbina de gas: 80%. - Rendimiento eléctrico de la turbina de gas: 30-35%. - Rendimiento térmico de la turbina de gas, recuperación de calor en la caldera\: 50-55%. - Rendimiento eléctrico de la turbina de vapor: 25-30% (respecto al calor recuperado en la caldera). - Rendimiento eléctrico de la turbina de vapor: 12-15% (respecto al combustible consumido). Comprobar

Pregunta 27 ¿Cuáles son las ventajas y los inconvenientes de la cogeneración con motor alternativo? b. Clique aquí para ver la respuesta.  Las ventajas son\: - Son los motores térmicos con mejor rendimiento de conversión de energía térmica a mecánica. - Existe una gran variedad de combustibles que se puede utilizar. - Tecnología sencilla y bastante fiable por llevar mucho tiempo en el mercado. Abundancia de técnicos de mantenimiento. - Flexibilidad de funcionamiento. - Fácilmente ampliables, pues son equipos modulares que pueden trabajar en paralelo, entrando en funcionamiento de forma escalonada según la demanda vaya aumentando o viceversa. - No existe necesidad de almacenar combustible si se utiliza como energía primaria el gas natural, puesto que éste se sirve a través de red. - La instalación de grupos de emergencia (electrógenos) no se hace necesaria. y los inconvenientes son\: - Vida corta 45.000-60.000 horas. - Recuperación de calor a tres niveles y baja temperatura. - Mantenimiento frecuente, por estar sometida a un mayor desgaste.

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Pregunta 28 ¿Cuáles son las aplicaciones de los motores alternativos? b. Clique aquí para ver la respuesta.  - Producción de vapor de hasta 15 bar con el calor de los gases de escape, y producción de agua caliente a 85-90 ºC con el calor del agua de refrigeración del motor. - Producción de agua sobrecalentada aumentando hasta los 100 ºC. - Agua caliente sanitaria a 40-45 ºC, mediante el agua de refrigeración del aceite del motor. - Uso directo de gases (secado...). - Generación de aire caliente.