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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR
DE MISANTLA
ASIGNATURA: Máquinas y equipos térmicos I
TITULAR: Ing. Jorge Roa Díaz
NOMBRE DE LA ACTIVIDAD: Actividad 1.1 Investigación-caso práctico.
UNIDAD No.: 1.
“Combustibles y combustión”
PERIODO: Febrero – Julio 2024
OPCIÓN: Primera Oportunidad.
CARRERA: Ingeniería Electromecánica
SEMESTRE: “ 6
to
” GRUPO: “ 604 B”
PRESENTA:
Dávila Sánchez José Jonathan
Fecha de entrega
Análisis de los Gases
Combustibles Metano y
Etano en Relación con los
Procesos Industriales
Planteando un Caso
Práctico
José Jonathan Dávila Sánchez 212t0480@itsm.edu.mx
Instituto Tecnológico Superior de Misantla, Km 1.
Carretera Lomas del Cojilote, Misantla, Veracruz
Resumen —Este estudio investiga el papel de los gases
combustibles metano y etano en la producción industrial. Explora
su importancia y su impacto en la eficiencia y sostenibilidad de los
procesos industriales. Se analizan sus propiedades físicas y
químicas, así como los desafíos y oportunidades asociados con su
uso en la industria. Este análisis busca ofrecer una visión integral
en la aplicación de parafinas.
Abstract --This study investigates the role of the fuel gases
methane and ethane in the industrial production. Explores their
importance and their impact on the efficiency and sustainability of
industrial processes. Its physical and chemical properties are
analyzed, as well as the challenges and opportunities associated
with its use in industry. This analysis seeks to offer a
comprehensive vision to improve the application of paraffins.
I. INTRODUCCIÓN
L
a industria depende en gran medida de gases combustibles
como el metano y el etano como materias primas clave en sus
procesos de producción. Estos gases no solo son esenciales para
la síntesis de parafinas, sino que también desempeñan un papel
fundamental en la eficiencia y sostenibilidad de las operaciones
industriales. En este trabajo de investigación, exploraremos la
importancia de estos gases en la industria de los hidrocarburos,
analizando sus propiedades y su posición dentro de este sector
industrial en constante evolución.
Consideremos también un caso práctico en donde se buscará
proporcionar una visión didáctica sobre la combustión de
metano y etano en un entorno industrial, destacando aspectos
químicos y energéticos para fomentar el entendimiento de estos
procesos en estudiantes o profesionales del campo.
II. APLICACIÓN DE LOS ALCANOS EN LA INDUSTRIA
La fuente comercial más importante para los alcanos es el gas
natural y el petróleo. El gas natural contiene principalmente
metano y etano, pero también algo de propano y butano: el
petróleo es una mezcla de alcanos líquidos y otros
hidrocarburos. Estos hidrocarburos se formaron cuando los
animales marinos y plantas (zooplancton y fitoplancton)
muertos y hundidos en el fondo de los mares antiguos y
cubiertos con sedimentos por millones de años a alta
temperatura y presión hasta su forma actual [1].
Estos hidrocarburos fueron absorbidos en rocas porosas, y se
localizaron en una cápsula impermeable de roca y ahí quedaron
atrapados. A diferencia del metano, que se reforma en grandes
cantidades, los alcanos superiores (alcanos con 9 átomos de
carbono o más) raras veces se producen en cantidades grandes
en la naturaleza. Estos depósitos, por ejemplo, campos de
petróleo, se han formado durante millones de años y una vez
exhaustos no pueden ser reemplazados rápidamente. El
agotamiento de estos hidrocarburos es la base para lo que se
conoce como crisis energética. El metano también está presente
en el denominado biogás, producido por los animales y materia
en descomposición, que es una posible fuente renovable de
energía [1].
El Metano y Etano son los principales componentes del Gas
Natural. Desde el pentano hasta el octano se usan como
combustibles en motores combustión interna, ya que pueden
vaporizarse rápidamente al entrar en la cámara de combustión,
sin formar gotas, que romperían la uniformidad de la
combustión.
Los Alcanos también se encuentran en el betún, con una
longitud de cadena de aproximadamente 35 o más átomos de
carbono. Finalmente, algunos polímeros sintéticos como el
Polietileno y Polipropileno. Son alcanos concadenas con miles
de átomos de Carbono. Así, pues nos damos cuenta de que en la
industria los Alcanos son muy importantes y fuentes de muchos
productos que a diario usamos en la sociedad. Las aplicaciones
de los alcanos pueden ser determinadas bastante bien de acuerdo
con el número de átomos de carbono [ 1 ].
Metano:
El metano es el hidrocarburo más simple CH 4
, su molécula
está formada por un átomo de carbono (C), al que se encuentran
unidos cuatro átomos de hidrógeno (H). Gas incoloro, inodoro y
muy inflamable, más ligero que el aire, que en la naturaleza se
produce por la descomposición de la materia orgánica,
especialmente en los pantanos A temperatura ambiente es un gas
y se halla presente en la atmósfera [2].
El metano es un ejemplo de compuesto molecular, cuyas
unidades básicas son grupos de átomos unidos entre sí. La
molécula de metano consta de un átomo de carbono con cuatro
átomos de hidrógeno unidos a él. La forma general de la
molécula es un tetraedro, una figura con cuatro caras
triangulares idénticas, con un átomo de hidrógeno en cada
vértice y el átomo de carbono en el centro [2].
TABLA I
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
La principal ventaja de utilizar el dosado relativo sobre el dosado
absoluto es que tiene en cuenta (y, por lo tanto, es independiente
de) los valores de masa y número de moles del combustible y el
oxidante. Otra ventaja de utilizar el dosado relativo es que las
relaciones superiores a la unidad siempre indican que hay más
combustible en la mezcla combustible–oxidante del necesario
para la combustión completa (reacción estequiométrica),
independientemente del combustible y el oxidante que se
utilicen, mientras que las relaciones inferiores a la unidad
representan un defecto de combustible o un exceso de oxidante
equivalente en la mezcla. Este no es el caso si se utiliza en su
lugar el dosado absoluto, que toma diferentes valores para
diferentes mezclas [ 4 ].
El dosado determina si una mezcla es combustible, cuánta
energía se libera y cuántos contaminantes no deseados se
producen en la reacción. Por lo general, existe un rango de
relaciones aire–combustible, fuera del cual no se producirá la
ignición. Estos se conocen como límites explosivos inferior y
superior. El dosado es una medida importante por razones de
anticontaminación y ajuste. Si se proporciona exactamente
suficiente aire para quemar por completo todo el combustible, la
relación se conoce como mezcla estequiométrica, a menudo
abreviada en inglés como stoich. Las proporciones inferiores a
la estequiométrica se consideran mezclas ricas. Las mezclas
ricas son menos eficientes, pero pueden producir más energía y
quemarse a temperaturas más bajas. Las proporciones superiores
a la estequiométrica se consideran pobres. Las mezclas pobres
son más eficientes, pero generalmente alcanzan temperaturas
más altas, lo que puede conducir a la formación de óxidos de
nitrógeno [4].
V. RESOLUCIÓN DE CASO PRÁCTICO
Un combustible gaseoso posee un análisis volumétrico de
65% de CH 4
; 25% de C 2
H
6
; 5% de CO 2
y 5% de N 2
, es quemado
con 30% de exceso de aire. Determinar la relación aire-
combustible.
Solución:
La ecuación de la combustión es la siguiente:
4
2
6
2
2
2
2
2
2
2
Ahora se procede a realizar el balance de cada uno de los
compuestos en la ecuación:
Para el carbono C :
Para el hidrogeno H :
Para el oxígeno O :
Para el nitrógeno N :
Sustituyendo en las incógnitas los valores obtenidos en la
ecuación de la combustión por el balance tenemos:
4
2
6
2
) + 1. 3 × 1. 95 (𝑂
2
2
2
2
𝑂 + 0. 3 × 1. 95 𝑂
2
2
Operando resulta así:
4
2
6
2
2
2
2
2
2
2
Obtención de la relación Aire-Combustible:
Haciendo uso de (3) obtendremos la relación:
Tengamos en cuenta que necesitaremos consultar la tabla
periódica Tabla 1.
Tenemos que agregar la masa atómica correspondiente a cada
elemento resultando:
𝐶
⁄
𝐴𝑖𝑟𝑒
𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
𝐴𝑖𝑟𝑒
𝐶𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒
VI. REFLEXIÓN PERSONAL
El metano, siendo el componente principal del gas natural, se
destaca como una fuente de energía versátil, alimentando la
generación de electricidad, la calefacción industrial y sirviendo
como materia prima para diversos productos químicos. Por otro
lado, el etano desempeña un papel crucial en la industria
petroquímica, siendo la base para la producción de etileno y, por
ende, influyendo en la fabricación de una amplia gama de
productos, desde plásticos hasta productos farmacéuticos.
VII. CONCLUSIÓN
En conclusión, el análisis de los gases combustibles metano y
etano en el contexto de los procesos industriales destaca la
dualidad inherente entre la conveniencia práctica y las
implicaciones ambientales. Estos gases son esenciales para la
producción de energía y materiales esenciales, pero su
explotación debe considerarse cuidadosamente en el contexto de
un mundo que busca soluciones sostenibles.
REFERENCIAS
[1] Aplicación de Los alcanos en Las industrias. (s/f). Scribd. Recuperado el
5 de marzo de 2024, de
https://www.scribd.com/document/385325547/Aplicacion-de-Los
Alcanos-en-Las-Industrias.
[2] S/f). Fastercapital.com. Recuperado el 5 de marzo de 2024, de
https://fastercapital.com/es/contenido/Etano--Explorando-el-etano--el-
componente-versatil-de-los-liquidos-del-gas-natural.html.
[3] Soto, José Luis (2001) “Química orgánica II: hidrocarburos y sus
derivados halógenos” síntesis.
[4] Hillier, V.A.W.; Pittuck, F.W. (1966). «Sub-section 3.2». Fundamentals of
Motor Vehicle Technology. London: Hutchinson Educational.
[5] R. Nicole, “Title of paper with only first word capitalized,” J. Name Stand.
Abbrev., en impresión.
[6] Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. «relative molar mass».
Compendium of Chemical Terminology. Versión en línea (en inglés).
VIII. ANEXOS
Fig. 1 Realizando los cálculos del problema propuesto. José Jonathan Dávila
Sánchez. (Fuente Propia).
