Problemas Metalurgicos

PROBLEMAS METALURGICOS POR ALLISON BUTTS, A.B., B.S. Profesor de Electrometalurgia, Lehigh U Coautor de "Ingeniería Metalurgia"

SEGUNDA EDICIÓN TERCERA IMPRESIÓN McGraw-Hill Book Company, Inc. Nueva York y Londres 1043

PROBLEMAS METALURGICOS DERECHOS DE AUTOR, 1932, 1943, POR LA EMPRESA McGRAW-HiLL BOOK, INC. IMPRESO EN LOS ESTADOS UNIDOS DE AMÉRICA Todos los derechos reservados. Este libro, o partes del mismo, no pueden reproducirse de ninguna forma sin permiso de los editores.

DEDICADO A LA MEMORIA DE JOSÉ, WILLIAM RICHARDS PIONERO EN CÁLCULOS METALURGICOS UN PROFESOR INSPIRADOR Y UN HOMBRE DE CALIDADES RARAS

PREFACIO Los propósitos a la vista al preparar la segunda edición de este libro pueden incluirse en gran medida en tres categorías: (1) la conveniencia de actualizar el trabajo tanto con respecto a los cambios en los datos fundamentales utilizados en los cálculos metalúrgicos como con respecto a los cambios en la práctica metalúrgica; (2) cambios dictados por la experiencia del autor y de otros en el uso del libro durante once años, particularmente con respecto a la aclaración textual, la disposición y un mejor equilibrio del material del problema; y (3) la conveniencia de poner a disposición nuevo material problemático en lugar de parte de lo que se ha utilizado repetidamente en la instrucción de clase durante un largo período. La primera edición de "Un libro de texto de problemas metalúrgicos" fue una consecuencia del libro "Cálculos metalúrgicos" del profesor Joseph W. Richards, considerado por muchos como uno de los libros más útiles disponibles para la industria metalúrgica. Dado que el volumen de Richards no estaba en una forma más adecuada para usar como texto universitario, fue entonces el objeto del autor actual no solo producir un trabajo más reciente en el mismo campo que "Cálculos metalúrgicos", sino también poner a disposición un libro más * adaptable al estudiante En esta segunda edición permanecen los mismos objetos, el título se ha acortado a "Problemas metalúrgicos" tanto por razones de brevedad como para evitar enfatizar su función como libro de texto con la exclusión de una utilidad esperada para la industria. La edición de este libro intentó seguir los métodos y formas utilizados por Richards hasta el punto de hacerla relativamente fácil de usar por aquellos acostumbrados a su libro, mientras que al mismo tiempo utilizaba datos más recientes, nuevos material de acuerdo con la práctica posterior, y algunas innovaciones en armonía con los cambios de instrucción realizados en los departamentos universitarios de química y física. Se sigue el mismo plan en la segunda edición, pero los cambios se han llevado más allá, siguiendo el progreso en la educación técnica. Por ejemplo, la energía libre y otros conceptos termodinámicos no aparecieron en el libro de Richards, ni se hizo uso de métodos de cálculo. Estos se introdujeron en la primera edición de este libro y se han ampliado en la segunda edición. Sin embargo, el conocimiento de las matemáticas superiores sigue siendo relativamente poco importante en el uso del libro; Además, la sustitución de los calores de reacción más familiares por el cambio de energía libre no se ha abandonado para los cálculos aproximados cuando se pueden usar adecuadamente. Con respecto a los calores de reacción, Se ha realizado un cambio en esta edición al concepto y notación A #, ahora tan ampliamente adoptado en la química física y, por lo tanto, familiarizado con los estudiantes actuales. Al revisar los datos físicos y químicos en este libro, el autor ha extraído de compilaciones publicadas recientemente (reconocidas en los lugares apropiados) en lugar de fuentes originales. Estas compilaciones en su mayor parte presentan datos en las formas más deseadas en el trabajo científico. En algunos casos, estas no son las formas más útiles en la industria, y el autor ha dedicado mucho tiempo a la conversión a lo que parecía ser una base más fácilmente utilizable. Por ejemplo, mientras que las capacidades de calor y los calores de formación generalmente se dan por mol, en este libro las capacidades de calor se dan por unidad de peso (kilogramo o libra) y para gases por unidad de volumen (metro cúbico o pie cúbico); Los calores de formación se dan tanto por mol como por unidad de peso. Aunque la capacitación en métodos de cálculo no requiere constantes precisas o datos metalúrgicos de acuerdo con la práctica moderna, estos son muy deseables para el mtMalluruM operativo y son más

satisfactorios para el estudiante de ingeniería. Se ha hecho un esfuerzo para actualizar este libro en ambos aspectos; También se espera que la solución de problemas. El empleo de los datos prácticos de los procesos modernos aumentará el valor educativo del libro como complemento de la instrucción metalúrgica por otros métodos. El material del problema, que se ha incrementado considerablemente, consiste en parte de los problemas trasladados desde la primera edición sin cambios, en parte de los problemas de los cuales la sustancia se ha retenido con algunos cambios en los datos, y en parte de problemas completamente nuevos. Se han omitido numerosos problemas que aparecieron en la primera edición. No es necesario volver a imprimir el prefacio a la primera edición, pero en los siguientes párrafos se proporcionan algunos extractos. El valor del trabajo problemático en el estudio de las ciencias fundamentales, como la física y la química, se reconoce en todas partes. Las universidades que imparten instrucción exhaustiva en estas materias requieren la dedicación de una gran cantidad de tiempo a la solución de problemas que demuestran varios principios de la ciencia. Asimismo, en el campo de la ingeniería, se ha hecho un amplio uso de la capacitación brindada al realizar cálculos relacionados con fases específicas de las diferentes ramas de la ingeniería. En la educación en ingeniería, de hecho, la función del trabajo problemático es doble: no solo sirve para demostrar los principios en estudio, sino que también desarrolla la capacidad de usar esos principios en el trabajo práctico. Parece que el tratamiento del tema debe calificarse en un libro adecuado para uso universitario; es decir, que las primeras partes del libro deben ser relativamente simples, deben contener una cantidad relativamente grande de explicación y deben tener los ejemplos ilustrativos establecidos en considerable detalle. A medida que avanza el trabajo y el alumno gana experiencia y comprensión, el tratamiento debe avanzar más "y las secciones explicativas más restringidas. No ha sido posible seguir por completo el ideal de aumentar gradualmente la dificultad, ya que el tema ha tenido que dividirse a lo largo de líneas metalúrgicas y estas no coinciden con las de relativa dificultad. En pocos casos, si es que hay alguno, se puede decir que la metalurgia de cualquiera de los metales principales es intrínsecamente más fácil o más difícil que la de cualquier otro metal principal. El objetivo es asegurar un equilibrio adecuado entre la tarea establecida para el estudiante y la orientación que se le brindó para lograrlo entre los problemas establecidos para la solución y la cantidad de explicación o ilustración dada. Esta es una pregunta difícil en la enseñanza y es especialmente así en un curso de este tipo. Obviamente si el libro de texto reduce la solución de cada problema a la cuestión de sustituir en la "fórmula adecuada o proporcionar s soluciones detalladas de problemas de todo tipo, que el estudiante puede simplemente seguir como modelos, el propósito del curso problemático es en gran medida derrotado. Es solo a través de su propio pensamiento y su propio esfuerzo que el estudiante realmente puede aprender cualquier cosa. Por otro lado, el libro de texto puede ser de gran valor para presentar y aclarar los principios subyacentes y para guiar al estudiante, así como en los servicios de plantear problemas y proporcionar tablas de datos con las que trabajarlos. Se puede observar que el plan de un libro de instrucción difiere radicalmente del de un libro para el ingeniero en ejercicio. Este último no solo desea que todas las partes del libro sean igualmente explícitas, sino que también desea la mayor cantidad posible de cuadros y fórmulas que ahorren tiempo, mientras que para el estudiante estos mismos cuadros y fórmulas pueden ser obstáculos reales en el camino de su educación. Algunos, por supuesto, son deseables e incluso necesarios, pero a menudo se usan con demasiada libertad. El mayor valor de un curso problemático es quizás el de la capacitación en la aplicación de una serie de principios técnicos diferentes a un problema específico, la reunión, la correlación y la aplicación de principios que el estudiante ha aprendido de una manera más o menos aislada. diversos cursos en química,

física y, en menor medida, matemáticas y otras materias. Esto constituye capacitación en el proceso más importante pero difícil, cerrando la brecha entre la teoría y la práctica. Ayuda a combatir una tendencia desafortunada que nuestro sistema educativo fomenta: separar el conocimiento en partes o "cursos" y pensar en términos de una sola división a la vez. Los problemas están diseñados para dar práctica en la aplicación de principios técnicos, principalmente los de física y química, y se ha hecho un esfuerzo para evitar todos los problemas que no requieren ningún conocimiento técnico que no sea el de aritmética, aunque los problemas de sucK podrían ser útiles. en aprender sobre algún proceso en metalurgia. Muchas de las declaraciones del problema se componen de datos reales de plantas metalúrgicas y, a menudo, la planta se menciona en la declaración. Sin embargo, una palabra de precaución es tal vez en contra de aceptar algunos de los datos demasiado literalmente. Nadie debe considerar estas declaraciones como una fuente de información precisa sobre la práctica actual o el equipo de cualquier planta. Al autor le agradaría tener importantes discrepancias en los datos que se le señalen. Pero aunque se pretende que los datos sean verdaderamente representativos, las declaraciones del problema no deben considerarse como descriptivas con precisión. En el prefacio de la primera edición, el autor registró su deuda con Joseph W. Richards, con quien tuvo el privilegio de haber estado asociado durante cinco años. También se agradeció a G. A. Roush, quien, al igual que el profesor Richards, había formulado muchas de las declaraciones del problema. También se reconoció la valiosa crítica de ciertos capítulos por parte del profesor Bradley Stoughton, Wilber E. Harvey, el profesor John R. Connelly y el profesor T. H. Hazlehurst, Jr. El autor ahora desea registrar con gratitud la asistencia recibida en la forma de crítica o material para la segunda edición del profesor E. A. Peretti, H. C. Siebert, S. Skowronski, el profesor Alfred Stansfield, el profesor T. H. Hazlehurst, Jr. y el profesor M. C. Stuart. - ALLISON BUTTS. BELÉN, PA., Marzo de 1943.

CONTENIDO PA PREFACIO. . vii CAPÍTULO I CANTIDADES Y UNIDADES 1 ^ CAPÍTULO TI LA ETIQUETA QUÍMICA. 7 CAPÍTULO III COMBUSTIÓN. .... 13 CAPÍTULO IV FABRICACIÓN DE COQUE Y GAS PRODUCTOR. 53 CHAFFER V THERMOCHEMISTRY \ ND THERMOPHYSICS 79 CAPÍTULO VI EL HORNO BLAST DE HIERRO. . . . 96 CAPÍTULO VII LOS PROCESOS DE BESSEMER, ABIERTO Y ACERO ELÉCTRICO. . 129 129 CAPÍTULO VIII PRODUCCIÓN DE BLAST Y BORRADOR. . ... .155 CAPÍTULO IX EL EQUILIBRIO DEL CALOR. . 168 CAPITULO X CÁLCULO DE LOS CARGOS POR EL OLOR. . 182 CAPÍTULO XI ALEACIONES,. . . . 194 CAPÍTULO XII LA LEY MASIVA Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO EN REACCIONES METALÚRGICAS 212 CAPÍTULO XIII SECADO Y CALCADO 221

PROBLEMAS METALURGICOS CAPÍTULO I CANTIDADES Y UNIDADES

El progreso material del hombre depende en gran medida de su capacidad para medir cosas. El proceso de medición se ha aplicado a una gran cantidad y variedad de atributos y propiedades, y la ciencia está continuamente extendiendo el proceso a nuevos campos e ideando nuevas formas de medición en los campos más antiguos. Al mismo tiempo, el proceso se ha estandarizado bien con respecto a las cosas que se miden más fácil y comúnmente. La medición implica no solo un proceso sino también un medio de expresión. El proceso de medición es esencialmente uno de comparación; La mejor expresión de su resultado implica el uso de una unidad estándar. Por lo tanto, la pulgada se puede tomar como una unidad y la longitud de un cuerpo se determina comparándola con la pulgada estándar, expresándose el resultado como tantas pulgadas. Desafortunadamente, la adopción de estándares, particularmente fuera del campo de la ciencia, ha variado mucho en lo que respecta a las unidades en diferentes partes del mundo. Sin embargo, los acuerdos internacionales han fijado los valores relativos de muchas unidades diferentes y asegurado la comparabilidad de nuestras mediciones principales. Al medir la longitud de un cuerpo, por ejemplo, se coloca junto a él una regla estándar adecuadamente dividida que en su fabricación se comparó con otro estándar de alta confiabilidad; esta norma a su vez se comparó con otra, la comparación que finalmente se remonta a la barra de medición estándar se mantuvo en la bóveda de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Sevres, Francia, o la barra de patio estándar en la Oficina de Normas de Londres. El peso y la masa de un cuerpo están determinados por una comparación final similar con un bloque estándar reconocido internacionalmente que tiene una masa de 1 kilogramo u otro bloque estándar que tiene una masa de 1 libra. La masa de un cuerpo se define como la cantidad de materia en él, o la propiedad que hace que posea inercia; no varía con la ubicación o posición del cuerpo. El peso de un cuerpo es la fuerza con la cual es atraído hacia el centro de la tierra por la gravedad; Puede variar según la ubicación. La masa y el peso, al ser diferentes entidades físicas, requieren diferentes unidades, aunque desafortunadamente algunas de estas unidades de masa y peso tienen el mismo nombre, como masa en libras y

peso en libras o masa en gramos y peso en gramos. Dado que un peso de 1 libra es la fuerza ejercida por la tierra sobre una masa de 1 libra, el término "peso" se usa a menudo en el lenguaje ordinario donde se entiende "masa"; pero no es necesario que surja confusión si se recuerda que la masa de un cuerpo es una cantidad invariable de La inatilidad mientras el peso del cuerpo es la fuerza ejercida sobre él por la tierra. La variación en el peso de un cuerpo entre un punto y otro en la superficie de la tierra es demasiado pequeña para requerir consideración en transacciones comerciales u operaciones industriales. Al hacer cálculos técnicos, uno debe seleccionar las unidades más adecuadas para su propósito. Se debe elegir entre dos sistemas o agrupaciones de unidades. Uno de ellos tiene la ventaja de un uso general y comercial más amplio entre los pueblos de habla inglesa y, por lo tanto, de ser más inteligibles para ellos a la luz de su experiencia común. El otro tiene la ventaja de una base más lógica y relaciones más simples entre diferentes miembros dentro del sistema y también de un uso internacional y científico más amplio. Este último, el sistema métrico, tendrá preferencia general en este libro debido a su base más simple, porque el estudiante se ha acostumbrado a él en su estudio de prerrequisitos en cálculos químicos y porque a menudo facilita los cálculos en metalurgia, haciéndolos más rápidos y menos propenso a errores mecánicos. Sin embargo, dado que el sistema de inglés se usa habitualmente fuera del laboratorio en las operaciones de la planta y la práctica de ingeniería de todos los países de habla inglesa, tanto en ingeniería metalúrgica como en otras ramas, es deseable que el estudiante tenga algo de práctica en el uso de este sistema también en cálculos metalúrgicos. En consecuencia, muchos de los problemas de este libro se expondrán en unidades individuales y los resultados requeridos en los mismos términos. En algunos casos, será deseable la conversión de unidades de un sistema a otro, ya sea porque los datos se dan en parte en un sistema y en parte en el otro o porque los cálculos pueden facilitarse. Las tablas de conversión se dan a partir de las páginas 427 y 430. Magnitud de las unidades. En los cálculos de química, el estudiante se habrá acostumbrado al uso de las unidades de laboratorio gramos, centímetros cúbicos, litros, etc. Estas unidades son demasiado pequeñas para su conveniencia en la práctica industrial, excepto en ciertos casos. En general, los problemas de este libro representarán las condiciones de funcionamiento reales, con frecuencia utilizando datos de plantas metalúrgicas. En consecuencia, se emplearán unidades de tamaño adecuado, como kilogramos, toneladas métricas, metros cúbicos. No se causará ninguna dificultad, debido a la relación simple entre las unidades más pequeñas y las más grandes. El kilogramo es igual a 1,000 gramos, la tonelada métrica es igual a 1,000 kilogramos, el metro cúbico es igual a 1,000 litros o 1,000,000 centímetros cúbicos. De particular importancia es el hecho de que existe la misma relación entre kilogramos y metros cúbicos que entre gramos y litros; La ley que establece que un peso molecular de un gas en gramos ocupa 22.4 litros en condiciones estándar significa también que un peso molecular en kilogramos ocupa 22.4 metros cúbicos. Por ejemplo : 32 g. de oxígeno ocupa 22,4 litros en condiciones estándar. Por lo tanto: 32 kg * de oxígeno ocupa 22,4 cu. metro. en condiciones estándar

Del mismo modo, usaremos como unidad de calor en la mayoría de los casos el kilogranfj | caloría (o "caloría grande", abreviado Cal.) en lugar de la gramcaloría (o "pequeña caloría", abreviado Cal.). Si 1 gramo de carbono produce 8,100 calorías por combustión, entonces 1 kilogramo produce 8,100 calorías. Algunas unidades importantes y definiciones. El litro se

considera la unidad métrica fundamental para medir el volumen de líquidos, y se ha acostumbrado a expresar pequeños volúmenes de líquido en UTS (milésimas de litro) en lugar de en centímetros cúbicos. El litro se definió originalmente como el volumen ocupado por la cantidad de agua pura que tiene una masa de 1 kilogramo a la temperatura de densidad máxima, 4 ° C, mientras que el centímetro cúbico se define en términos del metro estándar de longitud. Originalmente no se hizo distinción entre el mililitro y el centímetro cúbico, y para fines prácticos ordinarios estas dos unidades son iguales. Mediciones precisas han determinado que 1 ml. = 1.000027 cc.f mientras que esta diferencia numérica es insignificante para el propósito de este libro, por lo que podemos suponer que 1,000 litros = 1 cu. m., seguiremos la costumbre actual de expresar pequeños volúmenes de líquidos en milihh'ix. La densidad de un cuerpo o sustancia es su masa por volumen. Las unidades en las que se expresa no están especificadas en su definición, y su valor numérico dependerá de las unidades utilizadas. En el sistema métrico, generalmente se expresa en gramos por centímetro cúbico (o por miHilitro para líquidos). La gravedad específica de un cuerpo sólido o líquido es la relación de su masa a la masa de un volumen igual de agua a la temperatura de máxima densidad. La gravedad específica es, por lo tanto, un número puro; y cuando la densidad se expresa en las unidades métricas comunes, la densidad y la gravedad específica son iguales. (Sin embargo, la gravedad específica de los gases a menudo se refiere al aire en condiciones estándar, en lugar de al agua, como unidad). En unidades adecuadas, la densidad se puede tomar como peso por unidad de volumen. El volumen específico es el recíproco de la densidad, es decir, el volumen específico es el volumen por unidad de masa, y su valor numérico también dependerá de las unidades utilizadas. La discusión de varios sistemas integrales de unidades está fuera del alcance de este libro; ni será necesario. detallar las diversas unidades utilizadas en los campos de la mecánica, la electricidad y el magnetismo, etc. Algunas de ellas se definirán en el lugar apropiado en los capítulos posteriores, pero en su mayor parte tendremos ocasión de usar solo las unidades más comunes respecto de las cuales no debería haber confusión. Sin embargo, dado que la mayoría del trabajo metalúrgico se realiza a altas temperaturas, será bueno revisar en este punto las unidades de calor comunes y sus relaciones con las unidades de energía y potencia. Algunas unidades de calor se discuten más a fondo en los capítulos. III, V y XXI....

Unidades térmicas. Las mediciones térmicas deben considerarse desde dos puntos de vista, (1) el de la cantidad de energía térmica y (2) el de la temperatura. La temperatura de un cuerpo se define en función de su capacidad para producir calor a otro cuerpo o sus alrededores (a una temperatura más baja) o recibir calor de otro cuerpo o sus alrededores (a una temperatura más alta); se expresa en grados centígrados, Fahrenheit, etc. Aquí se supone que el alumno conoce las escalas de temperatura. La cantidad de calor se define en términos de energía. La unidad común de cantidad de calor en el sistema métrico es la caloría, definida como J ^ eo vatios-hora. En el sistema inglés se utiliza la unidad térmica británica (B.t.u.), definida como 251.996 calorías. Las relaciones de las cuales se derivaron originalmente estos valores, aunque no son exactas, a menudo son útiles, a saber: la caloría es igual a la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 gramo de agua 1 grado centígrado, y el B.t.u. es igual a la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 libra de agua 1 grado Fahrenheit. Dado que estas cantidades varían ligeramente en la escala de temperatura, es necesario, por precisión, especificar el punto exacto de cambio de temperatura del agua; Esto generalmente se toma como 15 a 16C. porque esto corresponde con el promedio en el rango de 100C. En mecánica, la unidad general de energía es el ergio, definido como el trabajo realizado por una

fuerza de 1 dina ejercida a través de una distancia de 1 centímetro. Esta pequeña unidad no se usará en este libro, pero es el joule múltiple, que equivale a 107 ergios, se usará como una unidad de energía mecánica o energía térmica. 4.186 julios * 1 cal .; 1.054,9 julios = 1 B.t.u .; 778.26 julios - 1 ft.-lb. El vatio se define como el gasto de 1 julio de energía por segundo. El poder es energía por unidad de tiempo. Por lo tanto, calorías por segundo, B.t.u. por segundo y pie-libras por segundo son todas unidades de potencia. Un julio por segundo es lo mismo que un vatio, de modo que 4.186 vatios = 1 cal. por segundo, y 4.186 kw. = 1 cal. por segundo. El calor específico de una sustancia se define como la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una unidad en un grado. También se llama capacidad calorífica. , Se expresa comúnmente en calorías por gramo de sustancia por grado centígrado. Los calores específicos de los gases a menudo se dan en calorías por litro (= Calorías por metro cúbico) en condiciones estándar por grado centígrado en lugar de en peso. La capacidad calorífica de un mol de sustancia, llamada capacidad calorífica molal, a menudo es útil; esto es igual al calor específico multiplicado por el peso molecular. La capacidad de calor molal de un gas es igual a su calor específico volumétrico (por litro) multiplicado por 22.4, ya que el peso gramo-molecular ocupa 22.4 litros en condiciones estándar.

Los calores específicos de las sustancias varían con la temperatura, la cantidad de variación es pequeña en un pequeño rango de temperatura, como uno de menos de 100 ° C, pero de considerable importancia en los grandes rangos de temperatura encontrados en el trabajo metalúrgico. Estas variaciones con la temperatura, así como el cálculo del contenido total de calor de los cuerpos y de los volúmenes de gases, se analizan en los capítulos. III y V. Resumen. Algunas de las unidades y relaciones ya dadas se resumen a continuación, y se agregan otras importantes para que el estudiante pueda refrescar su memoria y tenerlas disponibles para una referencia conveniente. También se puede hacer referencia a la tabla de conversión (Tabla LIV, página 427). 1 ml. o 1 cc. de agua pesa 1 g (casi exactamente a 4 ° C; aproximadamente a otras temperaturas de hasta 100 ° C) 1 cc. de cualquier otra sustancia pesa el número de gramos igual a su densidad o Gravedad específica. 1 litro de agua pesa 1 kg. a temperaturas normales 1 cu. ft. de agua pesa 62.4 Ib. a temperaturas normales 1 tonelada métrica = 1,000 kg. = 2,205 Ib. (Se notará que la tonelada métrica es solo un 10 por ciento más grande que la tonelada corta común de 2,000 Ib. Y 1.5 por ciento más pequeña que la tonelada larga inglesa de 2,240 Ib.) 1 Cal. es aproximadamente igual a la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 kg. de agua 1C. (Varía a diferentes temperaturas, una variación insignificante para la mayoría de los propósitos para temperaturas inferiores a 100 ° C). 1 B.t.u. (Unidad térmica británica) es aproximadamente igual a la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 Ib. de agua 1F. Yo 1 Cal. - 3.97 B.t.u. 1 B.t.u. = 0.252 Cal. = 252 cal El volumen de un gas expande H \ leq 3 de su volumen a 0ºC. por cada aumento de 1C. (presión que permanece constante); o el volumen de un gas se expande ^ 92 de su volumen a 0F. por cada aumento de 1F. (presión que permanece constante). (Si bien estas relaciones, según la ley de Charles, se aplican estrictamente solo para un gas perfecto, se usan

regularmente para todos los gases). El cero absoluto es -273C., O -46 () F. (Los valores más precisos son -273.16C. Y -459.69F.) El volumen de un gas varía inversamente con la presión, siendo la temperatura constante (ley de Boyle). Las "condiciones estándar" para gases son una temperatura de 0C. y presión igual a la de una columna de mercurio de 760 mm. En Altura. 1 vatio = 1 amperio. X 1 volt. 1 kw. = 1, 000 vatios. 1 julio 1 vatio-seg. 4.186 julios = 1 cal. 860 cal. por hora 1 kw., o 860 cal. por hora = 1 vatio. 0.239 cal. por segundo 1 vatio. 746 vatios = 1 hp. 1 hp. * 33,000 ft.-lb. por minuto. 1 kw. 102 kg.-m. por segundo. Presión atmosférica normal = 14.70 Ib. por pulgada cuadrada - 10,333 kg. por metro cuadrado Precisión de los cálculos metalúrgicos.-r-Dado que los problemas de este libro se basan en su mayor parte en condiciones prácticas de funcionamiento,

debe resolverse con una precisión adecuada a tales condiciones, ni mayor ni menor. Llevar a cabo resultados de cinco o seis cifras no solo es una pérdida de tiempo innecesaria, sino que puede ser engañoso y generalmente es una mala práctica. Tres o cuatro cifras significativas deberían ser la regla; Por lo general, este número no solo es todo lo que se justifica en vista de la precisión de los datos disponibles, sino que también es suficiente para tener en cuenta el hecho de que en caso de duda es mejor equivocarse con una precisión demasiado grande en lugar de muy poca. Este número corresponde con la precisión de las 10 pulgadas. regla de cálculo. 1 Al usar pesos atómicos, en la mayoría de los casos es deseable usar números redondos, como 64 para Cu, 56 para Fe, etc. En algunos casos se deben usar las cifras más precisas. La afirmación de que una pieza de metal pesa 10,40 kg. debe llevar consigo la implicación de que la pieza ha sido pesada con una precisión de una centésima de kilogramo. Si pesa solo una décima parte de un kilogramo, el peso debe indicarse como 10,4 kg., Ya que no se sabe si la siguiente cifra sería o alguna otra cifra. Si se pesa una milésima de kilogramo, se conocería otra cifra, pero no es necesario indicarla si el objetivo a la vista no requiere una precisión de más de cuatro cifras significativas. Por lo general, los datos metalúrgicos no son lo suficientemente precisos para justificar el uso de más de tres o cuatro cifras, particularmente en las operaciones más duras del tratamiento de minerales. Los pesos dados son a menudo aproximaciones. Los análisis químicos rara vez son confiables para más de tres cifras. Incluso delgada, su precisión depende de tener una muestra adecuada para el análisis, y la muestra puede ser aún menos confiable. Las reacciones químicas utilizadas en los cálculos no siempre representan con precisión lo que ocurre. La presencia de impurezas no se tiene en cuenta. Los supuestos generalmente son necesarios, ya sea por simplificación o por falta de información. Tales consideraciones como estas sirven para indicar la impracticabilidad de una mayor precisión. Algunos tipos de operación, por supuesto, permiten una precisión mucho mayor que otros. Los cálculos son esencialmente una aplicación de la teoría a la práctica; Cuanta más experiencia tenga uno para aplicarlos en la práctica, mejor podrá juzgar la precisión adecuada en casos particulares y, en general, más se dará cuenta de la falta de exactitud en el caso habitual. Al mismo tiempo, el valor de los cálculos y su indispensabilidad para el diseño, el control y la mejora en la operación se hacen más evidentes. La impracticabilidad de una gran precisión en las figuras no debe usarse como una excusa para la falta de precisión en el pensamiento y en el método. 1 Pero se requiere poca práctica con la regla de cálculo para que su uso sea fácil, rápido y preciso. Se recomienda para cálculos metalúrgicos; de hecho, su uso es prácticamente imprescindible para el estudiante si los problemas dados en el momento del examen deben completarse en el tiempo asignado. ,

CAPITULO DOS LA ECUACIÓN QUÍMICA La ecuación química expresa mediante símbolos lo que ocurre cuando se produce una reacción química. Muestra no solo qué sustancias reaccionan o se forman, sino también las cantidades relativas reales de cada una. La ecuación da el número de átomos o moléculas de cada sustancia que reacciona, y la cantidad de cada sustancia correspondiente a las cantidades atómicas indicadas puede expresarse en cualquier unidad deseada, ya sea en peso o en volumen; La verdad de la ecuación no se ve alterada por la sustitución de una unidad por otra siempre que las cantidades relativas involucradas no cambien. Por lo tanto, la ecuación escrita 2H 2 + 2 = 2H2O significa que 4 partes de hidrógeno (en peso) reaccionan o se combinan con 32 partes de oxígeno (en peso) para formar 36 partes de agua (en peso), donde para "partes" podemos leer gramos, kilogramos, libras o cualquier otro unidad de peso, siempre que cada término de la ecuación se exprese en la misma unidad. La misma ecuación también significa que 2 partes de hidrógeno (por volumen) reaccionan o se combinan con 1 parte de oxígeno (por volumen) para formar 2 partes de vapor de agua (por volumen), donde para "partes" podemos leer litros, metros cúbicos , pies cúbicos o cualquier otra unidad de volumen, siempre que cada término de la ecuación se exprese en la misma unidad. También es permisible, y a menudo muy útil, expresar algunos de los términos gravimétricamente y otros volumétricamente. Por ejemplo, puede desearse encontrar la cantidad de litros de oxígeno necesarios para quemar 100 gramos de hidrógeno. El término 2H2 se interpretaría entonces como 4 gramos, pero al término O2, en lugar de asignarle un valor de 32 gramos, se le daría el valor de 22,4 litros. El símbolo O2 en la ecuación significa una cantidad molecular de oxígeno: cuando se expresa en gramos es un peso gramo-molecular, o 32 gramos. Cuando se expresa en litros es un volumen molecular, o 22,4 litros en condiciones estándar de temperatura y presión. La ecuación anterior, entonces, puede interpretarse en el sentido de que 4 gramos de hidrógeno se combinan con 22,4 litros de oxígeno para formar 44,8 litros de vapor de agua. Se notará que, cuando la ecuación se usa de esta manera, se debe tener cuidado de ver que la ecuación esté escrita en términos moleculares. Como la molécula de oxígeno contiene dos átomos, el oxígeno debe ser

expresado en la ecuación como O2, que equivale a 22,4 litros. La ley química aquí aplicada es la siguiente: un peso molecular gramo de cualquier gas ocupa 22.4 litros en condiciones estándar, o un peso molecular kilogramo de cualquier gas ocupa 22.4 metros cúbicos en condiciones estándar. El siguiente ejemplo ilustra el uso de la ecuación química de esta manera: Ejemplo 1 Un convertidor de acero Bessemer se carga con 10.000 kg. de hierro fundido que contiene 4.0 por ciento de carbono, 1.5 de silicio y 1.0 de manganeso. Las impurezas se oxidan y se eliminan del hierro soplando aire al convertidor. Un cuarto del carbono se oxida a CO2 y tres cuartos a CO. Requerido: El volumen total de aire necesario, en metros cúbicos. Solución: Las reacciones son: 1 0 + 0, - C02. (1) 2C + O2 - 2CO. (2) Si + O2 - Si02. (3) 2Mn + O2 = 2MnO. (4)

Primero se calculará el volumen de oxígeno requerido, como se muestra en las ecuaciones. Al usar las ecuaciones, será conveniente colocar las cantidades atómicas o moleculares sobre los símbolos respectivos, por lo tanto: 12 22.4 + 0, = 00 * (1) 2 X 12 22.4 20 + O2 = 2CO. . (2) 28 22.4 Si + O2 = SiO 2. (3) 2 X 55 22,4 2Mn + O2 = 2MnO. (4) (En aras de la simplicidad, en el resto de este libro, las cantidades atómicas o moleculares no se colocarán sobre los símbolos en las ecuaciones; sin embargo, el estudiante a menudo puede encontrar conveniente hacerlo en su trabajo, particularmente hasta que haya ganado experiencia.) Está contenido en el arrabio 0.04 X 10,000 * 400 kg. de 0, de los cuales 100 kg. va a COjs y 300 kg. a CO. La cantidad de Si oxidado es de 150 kg. y de Mn 100kg. La ecuación (1) significa que 12 kg. de C requiere 22.4 cu. metro. de O2 para formar C02, o: 22 4 1 kg. de requiere - ^ cu. metro. de O 2. 14 22 4 Los 100 kg. de C por lo tanto requiere 100 X ~~ - 187 cu. metro. de 2. LZ 1 Al estudiante le resultará deseable formar el hábito de establecer cualquier reacción que se vaya a utilizar8 como primer paso, o uno de los primeros pasos, en la solución de cualquier problema. Con las reacciones anteriores, el razonamiento de la solución es más simple y hay menos sustento de error en la computación,

Asimismo, la reacción (2) significa que 24 kg. de C requiere 22.4 cu, m. de O2 para formar CO, de modo que: o 4 300 kg. de C requiere 300 X ~~~ = 280 cu. metro. de O2. 22 4 De manera similar, dado que el peso atómico del Si es 28, 150 kg. de Si requiere 150 X -55 *O 22 4 120 cu. metro. de 2 y 100 kg. de Mn requiere 100 X ~ h = 20 cu - m - f 0 * Al sumar se encuentra que el oxígeno total requerido es 187 + 280 + 120 -f 20 = 607 cu. metro. de O2. Como el aire es del 21.0 por ciento de Oz en volumen, el volumen de aire requerido es =. - = r 2,890 cu. metro. (Este es el volumen en condiciones estándar de temperatura y presión, ya que la solución ha dependido del uso del factor 22.4, que es el volumen molecular en condiciones estándar). La cantidad molecular de una sustancia a menudo se designa con el término "mol". En peso, el mol es igual al peso gramo-molecular; los términos "kilogramo-mol" o "libra-mol" pueden usarse para designar un peso molecular en kilogramos o libras. En volumen, un mol de gas representa 22,4 litros en condiciones estándar. La consideración o cálculo de cantidades por moles en lugar de gramos, litros, libras, etc., a veces se denomina "método mol". Este método tiene muchas ventajas. El mol es la unidad natural de combinación en química. En la ilustración de la combinación de hidrógeno y oxígeno para formar vapor de agua, se observa que los volúmenes relativos son iguales al número relativo de moles. El estudiante encontrará que esta es la forma más sencilla de manejar las reacciones en las que están involucrados los gases.

Relaciones volumen-peso en el sistema inglés. Encontrar el volumen de un gas correspondiente a un peso dado, o viceversa, se puede hacer con igual facilidad en el sistema de unidades en inglés mediante el uso de la constante 359 en lugar de 22.4. La relación aquí es: un peso molecular en libras de cualquier gas ocupa 359 pies cúbicos. ft. en condiciones estándar. Por ejemplo, el volumen de 10 Ib. de oxígeno es 10 X 35% 2 = H2 cu. ft. en condiciones estándar. El estándar de referencia aquí es el mismo que en el sistema métrico, a saber, 0C. y 760 mm. de mercurio, equivalente en unidades inglesas a 32F. y 29.92 pulgadas de mercurio. Una relación casual, a veces útil en la informática en el sistema inglés, es que el peso molecular de un gas en onzas (o onza-mol) ocupa aproximadamente 22.4 pies cúbicos. ft. en condiciones estándar. En otras palabras, hay aproximadamente la misma relación numérica entre onzas y kilogramos que entre pies cúbicos y metros cúbicos. los cercanía 6f la aproximación puede verse por el hecho de que el número de onzas (avoirdupois) equivalente a un kilogramo es 35.27 y el número de pies cúbicos equivalente a un metro cúbico es 35.31.

Problemas

1.Un convertidor de cobre recibe una carga de 60 toneladas métricas de mate que contiene 54 por ciento de FeS. El FeS se oxida al soplar aire en el convertidor de acuerdo con la reacción 2FeS -f 3O 2 2FeO + 2SO 2. El aire es 21.0 por ciento de oxígeno por volumen. Una tonelada métrica es de 1,000 kg. Requerido: 1. El volumen total de aire necesario, en metros cúbicos. 2. El volumen de SO2 formado. 3. El número de kilogramos de FeO formado. 4. El peso de la escoria formada, en toneladas métricas, si el FeO constituye el 65 por ciento de la escoria. 2. El óxido de hierro se reduce a hierro en un horno eléctrico de acuerdo con el siguiente reacción: 4Fe2O 8 + 90 = 8Fe + 6CO + 3OO 2. Requerido: 1. El número de kilogramos de Fe2Oa que debe reducirse para hacer 1 tonelada métrica de Fe. 2. La cantidad de kilogramos de carbono requerida. 3. El número de metros cúbicos de CO y de CO 2 producidos en condiciones estándar. 4. La cantidad de kilogramos de CO y de CO2 producidos.

3. Una carga con una retorta de zinc produce 50 Ib. de zinc La carga consiste en mineral que contiene 56 por ciento de ZnO, 44 por ciento de ganga, y carbón que contiene 90 por ciento de carbono, 10 por ciento de cenizas. La reducción tiene lugar de acuerdo con la reacción ZnO -f C = Zn -f CO. Se usa suficiente carbón para suministrar cinco veces más carbono que la ecuación. Requerido: 1. El peso del mineral en la carga, en libras. 2. El porcentaje de carbón en la carga. 3. El volumen de CO evolucionó, en pies cúbicos. 4. El plomo se reduce a partir de galena (PbS) en un hogar de mineral por reacción de PbS con PbO en una reacción y de PbS con PbSO4 en otra reacción, formando Pb y SO 2 en ambos casos. La reacción de PbO produce tres veces más Pb que la reacción de PbSO4, las dos reacciones tienen lugar simultáneamente. El peso de PbS reducido en las dos reacciones juntas es de 6.600 kg. Requerido: 1. El peso total de plomo resultante de las reacciones y el peso (kilogramos) y el volumen (metros cúbicos) de SO2 producido. 2. El porcentaje de PbO y de PbSO4 contenido en la mezcla PbS-PbO-PbSO4 5. Un mineral de cobre contiene 6 por ciento de Cu y 35 por ciento de S. El mineral de cobre es calcopirita (CuFeS2), y S también está presente como pirita de hierro (FeS 2). El resto del mineral es una ganga que no contiene Cu, S o Fe. El mineral se tuesta hasta eliminar todo el azufre, tomando las siguientes reacciones sitio: 4FeS2 + HOj 2Fe2O -f 8SO2. 4CuFeS3 -f 13O2 * 4CuO + 2Fe2O8 + 8SO2.

La cantidad de oxígeno suministrado al horno (contenido en el aire) es un 200 por ciento en exceso de la cantidad demandada por las ecuaciones. Requerido: 1. El número de libras de cada uno de los minerales anteriores y del; angue contenido en 1 tonelada corta de mineral. 2. Los pies cúbicos de oxígeno requeridos por la ecuación para tostar 1 tonelada de mineral. 3. Los pies cúbicos de aire realmente suministrados, por tonelada de mineral. 4. El peso total de Fe 2O 3 y el volumen total de SO2 producido al tostar 1 tonelada de mineral. 6. El aluminio se produce por descomposición electrolítica de Al 2 Oj, utilizando un modo de carbono. El oxígeno liberado cuando el A1 2O 8 se descompone se combina con el carbono en el ánodo. Suponga que el 85 por ciento del oxígeno forma CO, el 15 por ciento CO2. La producción diaria de una celda es de 400 Ib. de aluminio requerido: 1. La reacción química que ocurre, equilibrada con un mínimo de madera entera. 2. Las libras de Al 2Os consumidas por día en cada celda. 3. Los pies cúbicos de CO y CO2 liberados, por día. 7. El azufre contenido en el acero a medida que se elimina FeS del mismo en un horno eléctrico mediante la adición de cal y ferrosilicio, teniendo lugar la siguiente reacción: 2CaO + 2FeS + Fe, Si - SiO 2 + 2CaS + (x + 2) Fe, n donde el ferrosilicio está representado por Fe ^ Si. Requerido: 1. Si el ferrosilicio contiene 50 por ciento de Fe y 50 por ciento de Si, ¿qué valor de x en la fórmula Fe, Si representaría su composición? 2 ¿Cuántas libras de cal y cuántas libras de este ferrosilicio necesitarían para

eliminar 100 Ib. de azufre? 8. En un alto horno de hierro, el monóxido de carbono reduce la hematita (Fe 2Os), que se forma por la combustión de carbono en el coque por medio del chorro de aire. Las condiciones de equilibrio químico requieren que haya un exceso de CO presente. para hacer que la ecuación de reducción proceda de izquierda a derecha La ecuación puede representarse de la siguiente manera: Fe 2O3 + xCO - 2Fe + 3CO2 + (x - 3) CO. En cierto alto horno, la proporción de COiCOa en los productos de la reacción anterior fue 1 8: 1 en volumen. El horno redujo 800 toneladas métricas de hierro (Fe) por día. Requerido: 1 La ecuación que representa la reducción con CO c'ind CO2 formado en la relación 18: 1, balanceada con números enteros mínimos. 2 Los metros cúbicos de CO y de CO 2 producidos por día 3. El consumo teórico de coque, por tonelada métrica de hierro reducido, suponiendo que el coque sea 90 por ciento de carbono 4. Los metros cúbicos de explosión (aire) necesarios para la combustión del carbono en el empuje a CO, por tonelada de hierro reducida. 5. Si se carga al horno una quinta parte de la piedra caliza (CaCO3) que la "cantidad de Fe 2O reducida", ¿cuál será la proporción real de CO a CO2 en los gases del horno después de agregar el CO2 resultante de la descomposición del CaCO3? en CaO y CO 2? 9. Una retorta de zinc se carga con 70 kg. de concentrados de zinc tostados que contienen 45 por ciento de zinc, presente como ZnO. La reducción se lleva a cabo de acuerdo con la reacción ZnO + C - Zn + CO. Un quinto de el ZnO permanece sin reducir. El vapor de zinc y el CO pasan a un condensador, del cual el CO escapa y se quema a CO2 cuando sale de la boca del condensador. El CO ingresa al condensador a 300 ° C y 700 mm de presión.

Requerido: 1. El volumen de CO en metros cúbicos que ingresa al condensador (a) medido en condiciones estándar y (b) medido en las condiciones reales (ver pág. 20). 2. El peso del CO, en kilogramos. 3. El volumen de CO2 formado cuando se quema el CO, medido a su temperatura f 750C., Presión de 765 mm. 4. El volumen (condiciones estándar) y el peso del aire utilizado para quemar el CO (véase 18).

CAPITULO III COMBUSTIÓN Los tratamientos metalúrgicos generalmente se realizan a altas temperaturas. Aunque los hornos eléctricos a veces se emplean para operaciones tales como fundición, refinación, fusión para fundición y tratamiento térmico, la combustión de un combustible se emplea mucho más comúnmente para suministrar el calor necesario para estos y muchos otros procesos. En consecuencia, el tema de los combustibles y la combustión es de vital interés para el metalúrgico y generalmente se incluye en el estudio de la metalurgia general o introductoria. El estudio cuantitativo de la combustión, que constituye el tema de este capítulo, es de gran valor tanto teórica como prácticamente. Primero trata con la cantidad de aire requerida para la combustión y el volumen y composición de los gases resultantes; Un conocimiento de estos

es necesario en el diseño de hornos y para obtener la máxima eficiencia en el uso de un combustible determinado. Miles de dólares pueden desperdiciarse anualmente, por ejemplo, en la operación de un horno de acero de hogar abierto si se usa demasiado o muy poco aire en la combustión. La pérdida de calor de un horno al llevarse a cabo en los gases calientes se puede calcular fácilmente, y a través de este y otros factores se puede calcular y estudiar la eficiencia térmica de un horno o un proceso. Del mismo modo, la temperatura alcanzada en la combustión de un combustible determinado se puede calcular tanto para la teoría como para la real. condiciones Los principios de cálculo utilizados en los problemas de combustión son fundamentales y, en su mayor parte, relativamente simples. En consecuencia, los problemas en este capítulo forman una introducción deseable y una preparación para los problemas metalúrgicos más estrictos de los capítulos posteriores. Una comprensión profunda por parte del alumno de los principios de este capítulo es esencial como base para el trabajo que sigue. La combustión de un combustible consiste en la combinación química de los elementos oxidables del combustible con el oxígeno del aire. En el proceso ordinario de generación de calor, el objetivo es quemar el combustible lo más completamente posible para producir la máxima cantidad de calor. El carbono del combustible se quemará principalmente a CO 2; por el momento, podemos descuidar la formación de CO, que representa solo una combustión parcial. Considere primero un carbón que ha sido analizado cuantitativamente y que contiene: Por ciento Por ciento C 72 N 1 H 4 HaO 3 O 8 Ceniza 12 14 En general, el análisis de sólidos y líquidos se realiza en peso y el de gases en volumen, y sus composiciones porcentuales se expresan normalmente de manera correspondiente. A lo largo de este libro, excepto cuando se indique específicamente lo contrario, los análisis de materiales sólidos y líquidos se darán en porcentaje en peso, y el análisis de gases en porcentaje alto en volumen. Sea necesario encontrar los metros cúbicos de aire (en condiciones estándar) teóricamente necesarios para quemar 1 kg. del carbón anterior por completo. Las reacciones que ocurren en la combustión son: C + O, = CO ,. (1) 2H2 + O2 = 2H 2O. (2) Las cenizas, H2O y N, por supuesto, no se queman (oxidan), y el () contenido en el carbón va a suministrar parte del oxígeno necesario en las ecuaciones, reduciendo así la cantidad que debe suministrar el aire. 1 kg. de carbón contiene 0,72 kg. de C y 0.04 kg. de H. De la ecuación. (1): 0,72 kg. de C requiere 0.72 X 3 H'2 = 1 92 kg. de O De la ec. (2): 0..04 kg. de H requiere 0.04 X 3 H = 032 O total requerido = 2.24 kg. O presente en carbón = 0.08 () a él suministrado por aire = 2 f6 kg El aire es 23.2 por ciento O en peso "* *? I A El peso de aire requerido es, por lo tanto. - ~ ^^ = 9 31 kg 1 cu. metro. de aire pesa 1.293 kg en condiciones estándar. 9 31 El volumen de aire requerido es, por lo tanto, r-y ^ 7.20 ou. pulg i ^ 5y5 En esta solución, el aire se encontró en peso y en el último paso se convirtió en volumen. Sin embargo, generalmente es preferible encontrar el volumen directamente, ya que simplifica el cálculo de los gases de combustión. La solución por este método es la siguiente: 22 4 jr De la ecuación (1): 0,72 kg. de C requiere 0.72 X ^ ~ = * l 344 cu - m - de 2 oo 4. 0.04 kg. de H requiere 0.04 X - 0.224 O2 total requerido = 1.568 cu. metro. O2 presente en el carbón -

0.08 kg. X ^ = 0.056 O2 a suministrar por aire = 1.512 cu. metro. El aire tiene un 21.0 por ciento de O2 en volumen. 1 512 El volumen de aire requerido es, por lo tanto, ^ -sr ~ 7.20 cu m. En la última solución, se observará que ha sido necesario convertir el peso dado de oxígeno (0,08 kg) en metros cúbicos para restarlo para encontrar la cantidad que se suministrará por aire. Esta operación de cambiar de peso a volumen de un gas o, por el contrario, la de encontrar el peso de cierto volumen de un gas es una que debe emplearse con frecuencia en problemas metalúrgicos. El método para hacerlo aquí, que se utilizará a lo largo de este libro, se deduce directamente de la ley de que el peso molecular de un gas en kilogramos ocupa 22.4 pies cúbicos. metro. en condiciones estándar Dicho en palabras, los kilogramos del gas multiplicado por 22.4 dividido por el peso molecular del gas da los metros cúbicos del gas. O, brevemente: y Vol. en cu. in = wt en kg X ~~ i -> & mol. wt w. . `` inol wt. Wt. en kg = vol. en cu. metro. X 22 T ~ ' Este método tiene la ventaja de ser fácilmente utilizado para todos los gases si solo se conoce el peso molecular. Si se requiere una gran precisión, no se debe usar porque el factor 22.4 varía ligeramente para diferentes gases. En cambio, el peso real de un metro cúbico de varios gases se puede obtener de una tabla de referencia. El peso de un metro cúbico de cualquier gas también es aproximadamente igual a la mitad de su peso molecular X 0.09 kg., Una relación que se deduce del hecho de que 1 cu. metro. de hidrógeno pesa 0,09 kg. an4 el peso molecular del hidrógeno es aproximadamente 2. Esto puede establecerse: Wt. en kg = \ ol en cu. m X mo1 'wt> x 0.09. NOTA: La solución de casi todos los problemas metalúrgicos presenta una selección de pasos: hay varios caminos hacia la meta. Se debe informar al estudiante sobre el método más corto o más lógico cuando existe una preferencia distinta, pero en general se le debe permitir tomar * su propia elección. El estudiante superior se familiarizará con los diferentes métodos y utilizará cada uno de ellos lo suficiente para asegurar una comprensión profunda La Tabla I, página J 6, muestra los pesos reales determinados de gases comunes y también los pesos calculados para la comparación. Deje que ahora se requiera encontrar el volumen y la composición porcentual de los gases resultantes de la combustión de 1 kg. del carbón del cual se ha dado el análisis. Los gases resultantes deben interpretarse en el sentido de no solo los gases encontrados en las reacciones (1) y (2) sino también el nitrógeno gasificado y el EUO del carbón y el nitrógeno introducido por el aire, es decir, todos los gases que estarían presentes en el horno justo más allá del punto de combustión. Prácticamente, estos gases están entremezclados, y es la mezcla completa lo que nos preocupa. La mezcla se denomina "los gases de combustión", "los gases de la chimenea", "la TABLA I. PESOS DE GASES (en kilogramos por metro cúbico, o gramos por litro, a 0 ° C, 760 mm.)

Suponiendo un 23,2 por ciento de oxígeno y un 76 8 por ciento de nitrógeno en peso. productos de combustión “,etc. El último término se usa a menudo, y debe tenerse en cuenta que incluye mucho más que los gases formados en las reacciones químicas de la combustión; Incluye todos los gases de combustión. Los diversos componentes posibles de los gases de combustión se enumerarán más adelante. De la ec. (1): 72 kg. de C forma 0 * 72 X 4H 2 0.04 kg. de H forma 0.04 X 8% Del carbón se obtiene directamente 2,64 kg. de CO2. 0,36 kg. de H20. 0,03 kg. de H2O 0.01 kg. de N El aire es 76.8 por ciento de N en peso. De ella se obtiene: 0.768 X 9.31 - 7.15 kg. de N. Resumiendo y cambiando a volumen: CO* 99 A 2.64 X ~ = 1.34 cu. metro. HaO 0.39 X ^ - 0.49 22.4 7.15 X 28 5.74 Total * 7.57 cu. metro.

Composición porcentual: 1 34CO * = ~ - 17.7 por ciento La solución de esta parte se puede hacer más fácilmente haciendo referencia al método de volumen directo utilizado para encontrar el requerimiento de aire y aplicar la ley química, de la siguiente manera: cuando los gases reaccionan, los volúmenes combinados están en la misma proporción que el número de moléculas. Esto significa que en la ecuación. (1) el volumen de 62 es igual al volumen de 2, ya que hay una molécula de cada uno. En la ecuación (2) el volumen de H2O es dos veces el volumen de 2, ya que hay dos moléculas de H2 en una de O 2. Por lo tanto, directamente de la solución de requerimiento de aire:

CO2 = 1.344 cu. metro. Una buena manera de obtener la cantidad de nitrógeno del aire es restando la cantidad de oxígeno de la cantidad de aire. Así, arriba: En peso: N - 9.31 - 2 16 = 7.15 kg. Por volumen: N 2 - 7.20 - 1.512 - 5.688 cu m. Composición del aire. De acuerdo con la " Crítico internacional Mesas," 1 El aire seco al nivel del mar contiene en volumen 20,99% de oxígeno, 78,03 de nitrógeno, 0,94 de argón y 0,04 de otros gases (principalmente CO2). Para fines prácticos, está permitido contar el argón y los gases menores como nitrógeno. La composición en peso se calcula fácilmente a partir de los pesos conocidos de los gases contenidos o del peso del oxígeno y el peso determinado experimentalmente de 1.293 kg. por 1 cu. metro. de d / a de aire en condiciones estándar. Tenemos: 1 vol. Yo, p. 393.

Debe entenderse que los gases no se combinan químicamente entre sí en el aire; El aire es simplemente una mezcla de los gases componentes. Peso del aire. Dado que el aire no es un solo gas sino una mezcla de gases, se acostumbra cambiar de volumen a peso, o viceversa, en función del peso real de una unidad de volumen de aire en condiciones estándar: 1 cu. metro. de aire pesa 1.293 kg. en condiciones estándar 1 cu. ft. de aire pesa 0.0807 Ib. en condiciones estándar No es teóricamente correcto hablar del "peso molecular del aire"; pero para fines de cálculo, el peso de 22.4 cu. metro. de aire en kilogramos, o de 359 cu. pies de aire en libras, pueden usarse con corrección matemática como si fuera un peso molecular. El valor es 22.4 X 1.293 = 28.96, o 359 X 0.0807 = 28.97; por lo tanto, 29 se usa a menudo. En este libro, se considerará el uso de los pesos reales dados anteriormente.

preferible. Aire húmedo. Toda la discusión anterior se aplica solo al aire seco puro. Sin embargo, el aire normalmente obtenido directamente de la atmósfera para fines metalúrgicos no es seco. La cantidad de humedad contenida varía en diferentes localidades y en diferentes días en la misma localidad. Por lo general, es mucho más alto en verano que en invierno. Por lo general, es inferior al 2 por ciento, pero puede alcanzar el 5 por ciento en climas cálidos y húmedos. En muchos casos en metalurgia, y particularmente en alto horno trabajo, 1 la cantidad de humedad en el aire es de gran importancia. En otros casos, puede descuidarse y el aire secar seco. La cantidad de humedad en el aire puede expresarse como tanto porcentaje de H2O. Más comúnmente, sin embargo, se indica en granos por pie cúbico o en gramos por metro cúbico. Se debe tener cuidado para observar si la notación se refiere a la cantidad de vapor de agua incluido en el aire húmedo o la cantidad transportada por una unidad de aire seco, por ejemplo, si se expresa en gramos por metro cúbico del aire húmedo o por metro cúbico de aire seco. Otra forma muy común y muy útil de expresar el contenido de humedad es según su presión parcial. Si la presión barométrica 1 Ver p. 104)

es, digamos, 750 mm. de mercurio, los gases que componen la atmósfera dividen esta presión total en proporción al porcentaje (en volumen) de cada presente. Por lo tanto, si el aire contuviera 2 por ciento de H2O, 20.6 O2 y 1 l de AN1 l, la presión parcial de la humedad sería 0.02 X 750, o 15.0 mm: del oxígeno 154.5 mm y del nitrógeno 580.5 mm . Esta es una aplicación de la ley de presiones parciales de Dalton (ver página 297). Obviamente, si se conoce la presión de la humedad en el aire, se puede encontrar fácilmente su volumen (suponiendo que la presión total también se conozca o se pueda tomar como presión estándar, 760 mm). La cantidad de humedad que puede existir como vapor en el aire o cualquier otra mezcla de gases es limitada. Tiene un cierto valor máximo que depende de la temperatura de la mezcla. Su presión parcial máxima se llama "presión de saturación". Si se intenta agregar vapor de agua adicional a una mezcla ya saturada, el exceso de vapor de agua se condensa en líquido. Del mismo modo, si se baja la temperatura de una mezcla saturada, parte del vapor de agua se condensa. Esto es lo que sucede cuando el rocío cae por la noche. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor puede ser el porcentaje de vapor de agua contenido. La Tabla XXIV, página 401, proporciona estas presiones máximas para diferentes temperaturas, expresadas en milímetros de mercurio. La cantidad o presión real de humedad presente puede, por supuesto, ser menos que la saturación. El porcentaje de saturación a menudo se denomina, en datos atmosféricos, el "porcentaje de humedad". Si se conocen la temperatura del aire y el porcentaje de humedad, la presión de vapor se puede obtener mediante el uso de la tabla y se puede determinar la cantidad de humedad. Ejemplo. En el problema de la página 14, el requerimiento de aire seco se calculó en 7 20 pies cúbicos por kilogramo de carbón. Supongamos ahora que se da que la temperatura del aire es de 25 ° C. y que estaba 60 por ciento saturado de vapor de agua, siendo la presión barométrica de 740 mm. De la Tabla XXIV, la presión máxima del vapor de agua a 25 ° C. es de 23.8 mm. La presión real entonces es 0.60 X 23.8 - 14.3 * mm. La presión del aire seco es, por lo tanto, 740 14.3 * 725.7. Y dado que los 14 3 volúmenes y presiones están en la misma proporción, el volumen de vapor de agua es. 'X 7.20 0.142 cu. metro. El volumen de aire húmedo requerido

es entonces 7.20 + 0.14 7.34 cu. metro. (medido en condiciones estándar). Al calcular los productos de la combustión, este 0.14 cu. metro. de HjO se agregaría al resto del H20. Exceso de aire. En el problema de la página 14, se calculó el requerimiento "teórico" de aire, es decir, la cantidad correspondiente a las reacciones químicas. En la práctica, es necesario, para garantizar una combustión completa, utilizar un exceso de aire. La cantidad de exceso se designa mejor como un porcentaje del requisito teórico. Por lo tanto, si se decidiera utilizar un 40% de aire en exceso para la combustión, el volumen de el exceso de aire sería 0.40 X 7.20 = 2.88 cu. metro. El aire total utilizado sería 7.20 + 2.88 = 10.08 cu. metro. (aire seco). El aire húmedo total sería 1.40 X 7.34 == 10.28 cu. metro. Al calcular los gases de combustión de Uio, el exceso de aire debe dividirse en sus componentes (O2, N2 y H2O), y cada uno de estos debe agregarse. Tenga en cuenta que el exceso de aire causa oxígeno libre en los gases de combustión. El oxígeno en los gases de combustión indica exceso de aire, y la cantidad o porcentaje de exceso de aire utilizado puede calcularse a partir del contenido de oxígeno de los gases de combustión. La cantidad de exceso de aire utilizado en la práctica depende del tipo de combustible y del diseño del horno. Debe ser minimizado; un exceso demasiado grande significa que se alcanza una temperatura más baja y se desperdicia calor, que se lleva a cabo desde el horno en los gases de combustión calientes. Cambio de volumen de gas con temperatura y presión. La declaración del volumen de un gas no tiene sentido a menos que la temperatura y la presión del gas también se indiquen o comprendan. Para que las declaraciones de los volúmenes de gas puedan ser comparables y significativas, se adopta la convención de referir la medición a "condiciones estándar", que en el sistema métrico significa 0C. y 760 mm. presión. La mejor práctica en los cálculos metalúrgicos es trabajar con volúmenes referidos a condiciones estándar, cambiando de las condiciones dadas a estándar cuando se conocen las condiciones reales o, al final, cambiando los resultados de condiciones estándar a dadas cuando el volumen en condiciones dadas es requerido. v Las leyes de cambio de volumen con temperatura y presión son bien conocidas y se han indicado en la página 5. Debe tenerse en cuenta que "referir" la medición a condiciones estándar no significa que las condiciones hayan cambiado realmente; Si el aire húmedo se refiere a 0 ° C, no es correcto suponer que el contenido de humedad debe cambiarse para permitir la condensación del agua, como se haría si la temperatura realmente cambiara. Ejemplo. Para encontrar el volumen real del aire seco, en el ejemplo de la página 19, a 25 ° C, 740 mm .: MO x 23 + 26 x WO _ g07eu _ m> El volumen real del aire húmedo sería: OQC 7flO (7.20 -f 0.14) X ~ X g = 8.24 cu. metro. O el volumen del aire húmedo se puede encontrar directamente del aire seco restando la presión del vapor de agua (que se encuentra a 14 3 mm) de la presión total en el factor de la ley de Boyle, por lo tanto: x x = 8-24 c – m Carbono sin quemar en cenizas. Al quemar combustibles sólidos hay un residuo de cenizas, que contendrá algunas partículas de material combustible que han escapado mecánicamente

de la combustión. La parte del combustible que no es combustible bajo ninguna circunstancia se denomina "ceniza" en los análisis. Está compuesto en gran parte de Si0 2, a menudo con algo de A12O3, CaO y otra materia inorgánica. Las cenizas que quedan como residuo incluyen esta ceniza más algo de materia combustible, que puede tomarse como carbono, aunque obviamente esa suposición no es del todo cierta. Tenemos, entonces: Cenizas = cenizas + carbono no quemado. A partir de esta relación y el porcentaje de "cenizas" en el combustible, la cantidad de carbono no quemado puede calcularse cuando se conoce el porcentaje de carbono en las cenizas. A menudo puede desearse asumir alguna cifra para este porcentaje y deducir la cantidad de carbono no quemado del carbono total presente, antes de calcular el requerimiento teórico de aire para la combustión. En este caso, el término "requisito teórico" se interpretaría para incluir el requisito, no para todo el carbono en el combustible, sino para la cantidad de carbono que realmente se quema o se supone que se quema. Aunque la distinción entre "cenizas" y "cenizas" es algo confusa, es importante. El estudiante debe tener en cuenta que "ceniza" es un término químico para material no combustible; La ceniza no puede contener carbono. Las "cenizas" son materia residual del horno, que contiene algo de carbono. Al leer el enunciado de un problema, se debe tener cuidado de observar cómo se designa el contenido de carbono de las cenizas. En algunos casos se afirma que las cenizas son (es decir, contienen por análisis) un porcentaje elevado de carbono. En otros casos, el peso de las cenizas se expresa como un porcentaje del carbón, sobre la misma base que el porcentaje de cenizas, en cuyo caso la cantidad de carbono se obtiene por simple sustracción de estos dos porcentajes. Ocasionalmente, la cantidad de carbono no quemado puede expresarse como un porcentaje del contenido de carbono original del carbón en lugar de como un porcentaje del carbón en sí. Combustión de combustible gaseoso. Dado que los volúmenes de gases combinados están en la misma proporción que el número de moléculas indicadas en la ecuación química, los cálculos de la combustión de gases se llevan a cabo fácilmente. Por ejemplo, en la combustión de etileno tenemos: C2H4 + 30 2 = 2C0 2 + 2H 20. Si 50 cu. metro. de C2H4 se quema, 150 pies cúbicos metro. de O2 y 100 cu. metro. de CO2 y 100 cu. metro. de H2 se forman. Una buena disposición del trabajo en este tipo de problema se muestra en el siguiente ejemplo, los volúmenes de gas se tabulan como se obtuvo.

Ejemplo 2 El gas natural del distrito de Pittsburgh se analiza de la siguiente manera: Por ciento CH4 85 C2H4 3 C6H 3 H2 5 N 2 4 Se quema con un 20 por ciento de exceso de aire. El aire es húmedo y contiene un 1,5 por ciento de vapor de agua. Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire seco requeridos teóricamente para la combustión de 1 cu. metro. del gas 2. El volumen de aire húmedo utilizado, incluido el exceso. 3. El volumen de los productos de combustión.

Aire seco teóricamente requerido = '- ^ 9.72 cu. metro. (1) Exceso de aire, seco = 0.20 X 9 72 = 1 94 Total de aire seco = 11.66 cu. metro Dado que el aire húmedo es 1.5 por ciento de H2O, es 98.5 por ciento de aire seco; por lo tanto, el 1 1 66 cu. metro. de aire seco constituye el 98.5 por ciento del aire húmedo. Luego aire húmedo total 11,66 11.84 cu. metro. (2) 0.985 H2O en aire húmedo = 11.84 - 11.66 = 0.18 cu. metro. O2 en exceso de aire = 0.21 X 1.94 = 0.41 N a en aire total - 0.79 X 11.66 == 9.21 Nj total en productos de combustión 9.21 4- 04 = 9.25 cu. metro. H2O total en productos de combustión - 1.90 4-0.18 2.08 C02 * 1.09 O2 * 0.41 Productos totales de combustión * 12.83 cu. metro. (3) Resumen. Los diversos elementos que pueden incluirse en los "productos de combustión" pueden enumerarse de la siguiente manera:

1. Gases formados según las ecuaciones. 2. Gases liberados directamente del combustible. 3. Nitrógeno del aire, 4. Oxígeno del exceso de aire. 5. Humedad del aire. El siguiente ejemplo ilustrará colectivamente los principios dados hasta ahora en este capítulo: Ejemplo 3 ^ / El carbón Big Eagle de West Virginia tiene la composición: Por ciento Por ciento C 79.1 S 9 H 6.9 H2O 1.8 O 6.6 Cenizas 3 3 N 1.4 Se analizaron los gases de combustión de un horno que usaba este carbón y se encontró que contenían 6,4% de oxígeno libre, análisis en seco. Las cenizas del horno contenían 20 por ciento de carbono no quemado. Las condiciones atmosféricas fueron: temperatura, 61 F .; barómetro, 30.3 in .; humedad, 58 por ciento. Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire seco en condiciones estándar requeridos teóricamente, por kilogramo de carbón. 2. El porcentaje de exceso de aire utilizado. 3. Los metros cúbicos de aire húmedo realmente utilizados por kilogramo de carbón, medidos en las condiciones dadas. 4. La composición porcentual de los gases de combustión, húmedos.

flotación: Cenizas cenizas -f- carbono no quemado. El carbono no quemado es el 20 por ciento de las cenizas, el otro 80 por ciento es "ceniza", que según el análisis sería de 0.033 kg. en I kg. de carbón. Las cenizas, hay antes, pesar ^ ~~ - 0.041 kg, y el carbono sin quemar es 0.041 - 033 = 008 kg. El peso de carbono quemado por kilogramo de carbón es entonces 0.791 0.008 = 0.783 kg. oo 4 C + O2 - CO2. . O 2 = 0.783 X ^ = 1.462 cu. metro. 2H 2 -f O 2 = 2H 2O ... O2 - 0.069 X ~ * -4 = 0.386 S + Q2 = SQ 2 O2 = 0.009 X 2 | ' 4 = 0.006 O2 total requerido = 1.854 cu. pulg. 22 4 O2 presente en el carbón = 0.066 X ^ = 0.046 oZ O2 requerido del aire = 1.808 cu. metro. 1 808 Aire teóricamente requerido = "TTof = ^ .61 cu. metro. por kilogramo de carbón (1). El oxígeno libre que representa el 6,4% de los gases de combustión secos representa un exceso de aire. lo que equivaldría a ^ - ^ r 30.5 por ciento de los gases de combustión. Los gases de combustión excluyen 24 PROBLEMAS METALURGICOS Las cantidades de exceso de aire son 100 30.5, o 69.5 por ciento de todos los gases de combustión (secos). encuentre los gases de combustión secos exclusivos del exceso de aire:

CO2 formado igual que O2 para C * 1.462 cu. metro. H2O formado (omitir de la chimenea seca 6.802 8.281 cu. metro. A SO * formado * igual que O2 para S 0.006 N2 en carbón = 0.014 X ^ - = 0.011 AO N2 del aire 8.61 - 1.808 Total de gases de combustión secos 8 281 = H-92 cu. metro. 42,3 por ciento (2). Gases de combustión secos, incluido el exceso de aire Exceso de aire 11.92 8.28 = 3.64 cu. metro. Porcentaje del exceso de aire utilizado = 5-57 O.Oi Aire seco total utilizado = 8.61 + 3.64 = 12 25 cu. pulg. en condiciones estándar. Temperatura

= 61F. - (61-32)% - 16C. De la Tabla XXIV (p. 401), presión máxima de agua a 16 ° C. 13,6 mm. Humedad 58 por ciento; por lo tanto, presión real = 0.58 X 13.6 = 7.9 mm. Barómetro = 30.3 pulg. X 25.4 = 770 mm. Aire húmedo en condiciones dadas 12.25 X formado a partir de H2 H 2O en carbón = 0.018 X 760 H2O en el aire, 273 ~ 770 - 7.9 dos veces O2 para H2 = 0.772 cu. metro. 22,4 18 años 7,9 12.93 cu. metro. (3) 770 - 7.9 Total H2O O2 en exceso de aire = 0.21 X 3.64 Total N 2 = (0.79 X 12.25) + 0.011 0,022 X 12.25 - 0.127 0.921 cu. metro. 0,764 «9.688 cu. metro. Composición porcentual:

Poder calorífico. La cantidad de calor generado al quemar por completo una unidad de combustible se conoce como el poder calorífico o valor de calentamiento del combustible. Para combustibles sólidos o líquidos, generalmente se expresa en calorías por gramo (=

Calorías por kilogramo) o en B.t.u. por libra. Para gases, generalmente se expresa en calorías por litro (= Calorías por metro cúbico) o en B.t.u. por pie cúbico

El poder calorífico puede determinarse directamente quemando una pequeña porción pesada del combustible en un calorímetro y midiendo el calor liberado. Cuando se conoce la composición porcentual del combustible, el poder calorífico se puede calcular aproximadamente a partir del análisis sumando los valores de calentamiento de los diferentes elementos combustibles en él, cada uno multiplicado por el porcentaje presente, y aplicando ciertas correcciones como se describe a continuación. El poder calorífico depende directamente de la composición química y no de las condiciones bajo las cuales se quema el combustible, ya que la definición de poder calorífico supone una combustión completa. Por lo tanto, es una especificación importante para el comprador y vendedor de combustible. Como tal, no puede variar con las condiciones bajo las cuales se utilizará el combustible, y el vendedor no es consciente de lo que estas Las diciones serán. La cantidad real de calor obtenida de un combustible quemado suele ser un poco menor que el poder calorífico, debido a una combustión imperfecta o incompleta. La cantidad real de calor obtenida puede calcularse cuando las condiciones relativas a la combustión se conocen por completo. El cálculo del valor de calentamiento de los combustibles a partir del análisis es muy útil en la práctica; Se encuentra que los valores así obtenidos verifican de cerca la mayoría de los combustibles dentro del 1 o 2 por ciento con los valores determinados por calorímetro. Deje que se requiera calcular el poder calorífico de 1 kg. del carbón dado en el Ejemplo 3. El análisis fue: C, 79,1 por ciento; H 6,9; O 6,6; N 1,4; S, 0,9; H2O, 1,8; ceniza, 3.3. Los componentes combustibles o caloríficos son el carbono, el hidrógeno y el azufre. El calor producido por 1 kg. de carbono generalmente se toma como 8.100 Cal. Este valor es algo incierto, ya que varía para diferentes formas de carbono. La mejor determinación del poder calorífico del carbono cristalino puro, en forma de diamante, lo sitúa en 7.870 Cal. por kilogramo, Pero para el carbono amorfo, como existe en los combustibles, el valor es considerablemente mayor. Las determinaciones con carbono amorfo en diversas formas han caído principalmente entre 8.050 y 8.150, y parece que no hay razón para apartarse del valor de 8.100, que ha estado en uso durante mucho tiempo, aunque algunos ingenieros ahora prefieren el valor de 8.080. Aparentemente, se pueden adoptar 8.100 con un probable error de menos del 1 por ciento. El carbono en el carbón anterior produce 0.791 X 8,100 = 6,407 Cal. Las determinaciones del poder calorífico del hidrógeno han fijado este valor en 33.920 Cal. por kilogramo En vista de la incertidumbre en la cifra de carbono, es permisible redondear la cifra de hidrógeno a 34,000, que en consecuencia se utilizará en este libro para calcular los poderes caloríficos. Sin embargo, no todo el hidrógeno en el carbón suministrará calor cuando se quema el carbón, ya que parte de él ya está químicamente combinado con el oxígeno contenido en el carbón. La cantidad estimada para combinarse con el oxígeno debe deducirse del hidrógeno total antes multiplicando por 34,000. La cantidad así combinada es evidentemente incierta, pero se acostumbra suponer que el oxígeno en el carbón se combina con hidrógeno en la misma proporción que en el agua. El agua es de 2 partes de hidrógeno por 16 partes de oxígeno en peso. Por lo tanto, del hidrógeno que se muestra en el análisis, se deduce una cantidad de hidrógeno igual a un octavo del oxígeno. El hidrógeno en el carbón anterior produce 0.069 - 34,000 = 2,066 Cal. El poder calorífico del azufre es 2.212 Cal. por kilogramo; y dado que la cantidad de azufre en el combustible siempre es pequeña, esta cifra puede redondearse a 2.200. El calor aportado

por el azufre en el carbón anterior es entonces 0.009 X 2,200 = 20 Cal. El poder calorífico del carbón es la suma de 6.407 -f 2.066 + 20 = 8.493 Cal., Cuando se supone que todo el vapor de H2O formado se condensa en agua. Esto se designa como el poder calorífico alto, bruto o calorimétrico. En la práctica del horno, los productos de la combustión salen del horno a alta temperatura para que el vapor de agua no pueda condensarse como lo hace en un calorímetro. Cuando el vapor de agua se condensa, libera su calor latente de vaporización, y esto se incluye en las figuras anteriores. Sin embargo, en la combustión práctica, este calor no estará disponible; en consecuencia, debe hacerse una deducción a partir de lo anterior, no solo para el H2O formado a partir del hidrógeno, sino también para el H2O presente como humedad en el carbón, que se muestra aquí en el análisis como 1.8 por ciento. Quemar el carbón hace que su contenido de humedad se evapore y absorba el calor. El calor latente de vaporización de H2O es 539 Cal. por kilogramo cuando el agua está en el punto de ebullición. Aquí, sin embargo, se puede suponer que el agua está a temperatura ambiente y, por lo tanto, se requiere calor adicional para evaporarla. El valor de Regnault de 606.5 Cal. por kilogramo se usa a menudo para la absorción total de calor. Pero como las mesas de vapor dan 586 Cal. por kilogramo como la cantidad de calor para vaporizar agua a 18 ° C, y esta cifra corresponde exactamente a la diferencia entre el calor liberado en la formación de agua líquida y el calor liberado en la formación de vapor de agua a partir de hidrógeno y oxígeno a 18 ° C, como se muestra en las tablas de calores de formación, aquí se adoptará la figura 586. Al quemar el carbón anterior, la cantidad total de vapor de agua será (*% X 0.069) + 0.018 = 0.639 kg., Y el calor latente será de 0.639 X 586 = 374 Cal. El poder calorífico corregido es 8,493 374 = 8,119 Cal. El poder calorífico corregido como anteriormente para el calor absorbido en la vaporización del agua se llama poder calorífico bajo, neto o practicado. Evidentemente es de mayor importancia para el ingeniero que el alto poder calorífico, y en este libro se supondrá que el término "poder calorífico" se refiere a este valor más bajo a menos que se indique lo contrario.

El valor preciso que se utilizará para el calor de vaporización difiere para diferentes casos y para diferentes propósitos. Estrictamente, no sería lo mismo para el vapor de agua formado por la combustión de hidrógeno que para la vaporización de la humedad líquida. En el primer caso, la verdadera corrección es la diferencia entre el calor de combustión de hidrógeno medido por el calorímetro y el calor de combustión que tiene lugar en el horno. En el calorímetro, la mayor parte del vapor de agua resultante de la combustión se condensa y abandona el calor de la vaporización. En un calorímetro de volumen constante, como el tipo de bomba, la condensación está prácticamente completa, pero en un calorímetro de presión constante del tipo de gas Junkers, del 10 al 20 por ciento del vapor puede escapar sin condensar. Sin embargo, es más importante tener en cuenta que el vapor no se condensa a 100 ° C. Ninguno puede condensarse hasta que se alcance el "punto de rocío" de la mezcla, y esto generalmente estará cerca del 60C. Incluso allí la condensación solo comienza; y dado que el vapor se enfría rápidamente, la mayor parte no se condensará hasta aproximadamente la temperatura ambiente. Si se suponía que se condensaría a 18, el calor liberado es de 586 Cal. por kilogramo No se debe agregar calor a esto para enfriar el vapor de 100 a 18, más de lo que agregamos nada a los 8.100 Tal. para carbono para el enfriamiento de CO2. Al calcular las eficiencias del horno y los equilibrios de calor, el horno se cargaría con el bajo poder calorífico del combustible. Entre las pérdidas de calor se incluiría el calor llevado a cabo en los gases de combustión calientes. Al calcular esta cantidad, solo se incluirá el contenido de calor sensible; No se incluirá el calor de vaporización del H2O porque se ha deducido para obtener el bajo

poder calorífico. El contenido de calor sensible de todos los gases generalmente se calculará desde la temperatura real hasta 0. Esto coloca el H2O en la misma base que todos los otros gases y evita la confusión. La única imprecisión introducida es que el calor se calcula en lugar de 18, pero este es un error insignificante y se aplica a los otros gases al igual que al H2O. En el último caso, por encima del calor absorbido por la vaporización del contenido de humedad líquida del combustible, el problema es diferente. Aquí el líquido comienza a vaporizarse tan pronto como el combustible comienza a calentarse; pero normalmente el combustible se calentará tan rápido que muy poco se habrá vaporizado hasta que la temperatura sea de 100 (\ o más. A esta temperatura (100), el calor de vaporización es de 539 Cal. Pero el H2O se ha calentado como líquido a 100, que requiere (de 18 a 100) 82 Cal. adicionales, lo que hace que se absorban 621 Cal. total, pero como el calor realizado en el vapoi de H2O incluirá el calor sensible en el vapor hasta 0, debe deducirse de 621 el contenido de calor del vapor de H2O a 100, que es 47 Cal. Esto deja 574 Cal. Sin embargo, la diferencia entre 574 y 586 es pequeña, y la cantidad de humedad contenida en el combustible también es generalmente pequeña, de modo que no se aprecia se comete un error al usar 586 para la cantidad total de H2O. Al corregir los altos poderes caloríficos medidos calorimétricos para obtener los bajos poderes caloríficos, es posible que sea preferible un valor diferente, tal vez más cercano a la cifra de Regnault de 606.5. Fórmula de Dulong. Dulong resumió el cálculo del poder calorífico a partir del análisis en una fórmula, que puede expresarse de la siguiente manera, usando constantes para estar de acuerdo con los valores utilizados anteriormente: Bajo poder calorífico - 8,100 C + 34,000 H - * \ -f 2,200 S - 586 (9 H + W). Los símbolos representan fracciones de un kilogramo de los diversos componentes como se muestra en el análisis. La fórmula correspondiente en B.t.u. por libra es: Bajo poder calorífico 14,600 C -f 61,000 (H - ~ \ + 4,000 S - 1,050 (9 H + W)

Poder calorífico de los combustibles líquidos. Debido a la cantidad relativamente grande de hidrógeno contenido en el petróleo crudo y otros combustibles del tipo de hidrocarburos y la complejidad de las combinaciones químicas de carbono, hidrógeno y oxígeno en estos combustibles, el error probable al aplicar la fórmula de Dulong para calcular el poder calorífico es mayor que en el caso del carbón y combustibles similares. El error puede ser tan alto como el 8 por ciento. Sin embargo, la fórmula de Dulong a menudo se usa cuando solo se necesita un valor aproximado. Se encuentra que los poderes caloríficos de los fuelóleos de este tipo varían proporcionalmente con su gravedad específica, los aceites más ligeros tienen los mayores poderes caloríficos. Una fórmula empírica aproximada para el cálculo de los altos poderes caloríficos de los aceites combustibles a partir de sus gravedades expresadas en grados Baume * es la siguiente: 1 B.t.u. por libra = 18,650 + 40 (grados Baume * - 10). El poder calorífico (alto) de los aceites combustibles generalmente está entre 10,000 y 11,000 Cal. por kilogramo, o 18,000 y 19,500 B.t.u. por libra. Poder calorífico de los gases. El poder calorífico de un combustible gaseoso también puede determinarse a partir de la suma de los poderes caloríficos de los gases constituyentes. En este caso, cualquier H2 contenido ya está en estado de vapor. No hay calor latente para corregir, si se usan los valores de calentamiento más bajos de los gases constituyentes. El calorímetro, por supuesto, mediría el mayor poder calorífico de un gas, y una determinación CUADRO II. PODERES CALORIFICANTES (Bajo) DE GASES COMBUSTIBLES

De esta manera, normalmente se corrige de acuerdo con los principios dados anteriormente. Los poderes caloríficos más bajos de los principales gases combustibles se dan como referencia conveniente en la Tabla II. En la página 422 se ofrece una tabla más extensa de los poderes caloríficos de gases y líquidos. Pérdidas de calor en la combustión. Si un proceso de horno fuera térmicamente 100% eficiente, todo el calor disponible como poder calorífico en el combustible se utilizaría en el proceso. Obviamente, sin embargo, solo un pequeño 1 SHERMAN, H. C. y A. H. KROPFF, /. A.m. Chem Soc., 30, 1626 (1908).

parte de ella se utiliza así, y el equilibrio se pierde de varias maneras. Las pérdidas se pueden clasificar de la siguiente manera: 1. Combustible no quemado en las cenizas. 2. Carbono quemado a CO en lugar de CO *. 3. Calor extraído del horno en los gases de combustión calientes 4. Calor realizado en otros productos de desecho y en agua de refrigeración. 5. El calor transferido al suelo, al horno y a los alrededores por conducción, convección y radiación. El cálculo de la cantidad del elemento 1 es obvio cuando se ha determinado la cantidad de carbono no quemado en las cenizas. Cuando el carbono se quema en CO, entra en un estado de oxidación más bajo que cuando se quema en CO2, y se genera una menor cantidad de calor. Oxidación de 1 kg. de carbono a CO produce 2.430 Cal., frente a 8.100 Cal. cuando se oxida a CO 2. El análisis de los gases de combustión y la determinación del porcentaje de CO en ellos hacen que el ítem 2 sea fácilmente determinado. El cálculo del ítem 3 requiere conocer la temperatura de los gases de combustión que salen del horno y conocer los principios involucrados en el cálculo del contenido de calor de un cuerpo caliente. Esto ahora será considerado; El cálculo de los elementos 4 y 5 se retomará más adelante en el libro. Energía térmica y "contenido de calor". El calor es una forma transitoria de energía. El calor (q) que ingresa a un cuerpo a presión constante se convierte en parte del "contenido de calor" (H) del cuerpo, 1 mientras que el flujo de calor de un cuerpo disminuye el contenido de calor del mismo. En consecuencia, podemos escribir: sol

= -A //. Aunque el calor se traduce en otras formas de energía al ingresar a un cuerpo, el metalúrgico está tan preocupado por los requisitos de calor de los hornos, procesos, etc., que es habitual considerar el calor como si fuera una entidad y hablar del "contenido de calor" de los cuerpos. Nuevamente por conveniencia, calcularemos el contenido de calor con 0C. como línea base, obteniendo no el contenido total de calor sino el contenido por encima de 0C. Las expresiones utilizadas para calores específicos de sustancias se darán en forma de calor específico a 0C. más un término o términos para el cambio en calor específico por grado centígrado. Cálculo del contenido de calor desarrollado (calor sensible). Cuando se afirmó que la combustión completa de 1 kg. de carbono libera 8.100 Cal., se entendió que la cifra correspondía a una determinación experimental realizada en un calorímetro, estando el carbono a temperatura ambiente (es decir, aproximadamente a 18 ° C) cuando se quemaba. Si 1 kg. de carbón caliente brillante se quema, se obtiene una cantidad de calor considerablemente mayor; se encuentra que el total es la suma de dos componentes, (1) una cantidad latente} r de calor igual al poder calorífico (8,100 Cal.), más (2) un desarrollado, o 1 En termodinámica, el contenido de calor generalmente se llama entalpía, "sensible", cantidad de calor igual a la cantidad de calor requerida para hacer que el carbono sea incandescente, es decir, elevarlo de la temperatura ambiente a la temperatura que realmente poseía cuando se quemaba. (Los dos casos anteriores presuponen que el oxígeno utilizado para quemar el carbón estaba a temperatura ambiente. Si estuviera caliente, estaría disponible una cantidad aún mayor de calor. El calor disponible debido al carbono en sí sería el mismo, pero el total aumentaría por el contenido de calor del oxígeno.) En cuanto al contenido de energía del carbono caliente, evidentemente es divisible en dos categorías, como sigue: energía no desarrollada o químicamente latente, que se desarrollará como calor cuando el carbono quema y desarrolla calor sensible, que calienta el carbono antes de quemarlo. La caloría es igual (aproximadamente) a la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 kg. de agua 1C. Para elevar la temperatura de 1 kg. de carbono 1C. requiere 0.206 Cal. (a 0 ° C), que se denomina calor específico de carbono. Evidentemente para elevar la temperatura del carbono a 10C. requeriría 2.06 Cal., y este sería el contenido de calor de 1 kg. de carbono a 10C. (medido desde 0C.). El general relación es: Contenido de calor sensible por kilogramo = temperatura específica de calor X y Cantidad total de contenido de calor sensible X calor específico X temperatura. Sin embargo, el calor específico de las sustancias aumenta a medida que aumenta la temperatura, de modo que al aplicar la relación que se acaba de establecer no sería correcto usar el calor específico a 0 ° C. o a la temperatura real; Se debe utilizar el calor específico medio entre estos dos puntos. Si Q es el contenido de calor en calorías a temperatura tC., W el peso en kilpgramos, cm el calor específico promedio por kilogramo entre y t, la relación se convierte en: Q - Wcmt.

La relación volumétrica correspondiente para los gases sería Q = Vcmt, donde cm es el calor específico promedio por metro cúbico si V se expresa en metros cúbicos. El calor específico se discute más en el Cap. V. El cambio de calor específico con temperatura puede expresarse mejor en la forma A + Bt + C 2, o A + Bt Ct ~ 2, donde A es el calor específico a 0C. y B y C son constantes determinables por experimento para varias sustancias. 1 Para la mayoría de los propósitos, es suficientemente preciso usar una expresión de la forma A + Bt, aunque esta forma no representa completamente la forma de la curva que da la variación. 1 Para la expresión del contenido de calor en forma de integral y cálculo por integración, ver p. 88,

Cuando se usa esta forma, si el calor específico en t es A + Bt, el calor específico medio entre y t es A + HBt. En las tablas de referencia será más útil dar las expresiones para calores específicos medios entre y t que para los calores específicos reales en t. Si se desea encontrar el cambio en el contenido de calor de un cuerpo cuya temperatura cambia de t \ a 2, debemos proceder de la siguiente manera: Contenido de calor en W (A + Btjti WAti -f WBtS. Contenido de calor en * 2 - W (A + Bt2} h - WAtt + WBtf. Restando: (Cambio en el contenido de calor - WA (ii - h) + WB (ti * - <22) - W [A + B (ti + Aquí se observa que el cambio de temperatura es el factor multiplicador fuera del soporte, pero dentro del soporte el factor es la suma de las dos temperaturas. Como ejemplo, se requiere calcular el contenido de calor de los gases de combustión del Ejemplo 3, suponiendo que su temperatura sea de 10000. Los gases constituyentes y sus volúmenes fueron CO ,, 1.462 pies cúbicos. metro.; H2O, 0,921; SO2, 0,006; O2, 0,764; N2, 9.688. Los calores específicos medios de estos gases por metro cúbico (medidos en condiciones estándar) entre y t son los siguientes: 1 CO 2 y SO2: 0.406 + 0.000090 /. H2O: 0.373 + 0.000050 /. O y N2: 0.302 -f 0.000022 /. Los contenidos de calor (por encima de 0 ° C) son, por lo tanto: en CO2 y SO2: 1.468 (0.406 + 0.00009 X 1,000) 1,000 728 Cal. En H2O: 0.921 (0.373 -f 0.00005 X 1,000) 1,000 - 390 En O2 y N2: 10.452 (0.302 + 0.000022 X 1,000) 1,000 - 3,386 Total - 4,504 Cal. 4 504 Como se calculó que el poder calorífico del carbón era de 8.119 Cal., Q '110> o 55 por 0,1 iy ciento, el valor de calentamiento del carbón sería llevado a cabo por los gases de combustión a 1000C. Temperatura alcanzada en la combustión. Cuando se quema un combustible, desaparece como tal, junto con el oxígeno utilizado para quemarlo, y resulta una mezcla de gases que absorben el calor generado por el poder calorífico del combustible y cualquier calor sensible presente en el combustible o aire antes de que tuviera lugar la combustión. Este calor es suficiente en cantidad para calentar los productos gaseosos a una temperatura alta, dando lugar al fenómeno conocido como llama. La temperatura de la llama es la temperatura máxima alcanzada por la combustión. A veces se le llama intensidad calorífica Si se supone que todo el calor disponible o generado en la combustión está presente en los gases inmediatamente después de la combustión, entonces 1 Derivado de

las constantes proporcionadas por E. D. Eastman, "Calor específico de gases a altas temperaturas", U. S. Bur. Minas, Tech. Documento 445, 1929.

esta cantidad de calor es igual al calor sensible en los gases a su temperatura ty resulta una ecuación a partir de la cual se puede calcular el valor de t. La suposición obviamente no es del todo cierta, ya que se perderá algo de calor en los alrededores mientras se produce la combustión. No todo será absorbido por los productos gaseosos de la combustión ni siquiera momentáneamente, y en consecuencia la temperatura máxima real alcanzada será algo menor que el máximo calculado teóricamente. Una fuente adicional de error resulta de la incertidumbre con respecto a la precisión de los valores para calores específicos de * gases a altas temperaturas, error que puede aumentar o contrarrestar al otro. Sin embargo, el resultado calculado es lo suficientemente cercano como para ser muy útil para fines comparativos, y los principios involucrados en el cálculo son muy instructivos con respecto a la naturaleza de la combustión y la relación entre la cantidad de calor suministrado y la temperatura resultante. Tenemos: Calor total disponible = calor en productos de combustión, o, poder calorífico -f- calor sensible en combustible -f- calor sensible en aire = volumen de gases X calor específico X temperatura De dónde, rn, calorías disponibles temperatura =? * P ^ -.v volumen de gases X calor específico

Ejemplo 4 Calcule la temperatura de la llama del gas natural en el Ejemplo 2 (p. 22): 1. Quemado con el requisito teórico de aire seco, con calor sensible tanto en el gas natural como en el aire despreciable. 2. Quemado con un 20 por ciento de exceso de aire, húmedo, como se especifica en el Ejemplo 2, y con el aire precalentado a 600 ° C. antes de la combustión Solución: Los productos de la combustión en condiciones teóricas consisten en (ver p. 22): CO2 - 1.09 pies cúbicos metro. H2O - 1.90 N 2 - (9.72 - 2.04) + 0.04 - 7.72 El poder calorífico del gas es: Desde CH4: 0.85 X 8,560 - 7,276 Cal. De C2H4: 0.03 X 14,480 434 De C6H6: 0.03 X 33,490 - 1,005 De H2: 0.05 X 2,582 - 129 Total 8,844 Cal. por metro cúbico Entonces: 8,844 - 1,09 (0.406 -f 0.000090 * + 1.90 (0.373 -f 0.000050 * + 7.72 (0.302 + 0.0000220 * o 8,844 - 3.483 * -f- 0.000363 **.

Resolviendo la ecuación:

t - 2090C. (1) Con un 20 por ciento de exceso de aire, húmedo, se usaron 11,66 pies cúbicos. metro. de aire seco y 0.18 cu, m. de H2O. Esto se precalienta a 600. 11.66 (0.302 + 0.000022 X 600) .600 = 2,205 Cal. 0.18 (0.373 + 0.00005 X 600) 600 = 43 Calor sensible total en aire húmedo = 2,248 Cal. Potencia calorífica = 8,844 Calor total disponible 11,092 Cal. Los productos de la combustión ahora aumentan por el exceso de aire y la humedad del aire. Sus totales como se encuentran en el Ejemplo 2 son COz, 1.09; H2O, 2,08; Na y O2, 9.66. Entonces: 11,092 = 1.09 (0.406 + 0.00009 ^ + 2.08 (0.373 -f 0.000050 * + 9.66 (0.302 + 0.000022 *) * 11,092 = 4.136 * + 0.000415 * 2. Resolviendo: t = 2200C. (2) Hornos regenerativos y calderas de residuos. Cuando los gases de combustión salen de un horno a una temperatura muy alta, como en un horno de acero de hogar abierto o un horno de fundición de cobre reverberatorio, el calor contenido en ellos implicaría una gran pérdida no fueron medios para recuperar una gran parte de él. Un medio de recuperación es permitir que los gases de combustión calientes pasen a través de un dispositivo de verificación de ladrillos inmediatamente después de salir del horno, haciendo que el ladrillo se caliente y absorba una gran cantidad de calor de los gases, que dejan a los "inspectores" varios cientos grados más fríos que cuando entraron. El aire entrante utilizado para la combustión en el horno y el gas combustible también si el horno se quema con gas productor o un gas similar, luego pasa a través de los inspectores calientes, el flujo ha sido cambiado por una válvula de inversión y se calienta absorbiendo El calor de las damas. Por lo tanto, este calor se lleva nuevamente al horno, no solo ahorrándolo, sino también aumentando la temperatura en el horno precalentando de acuerdo con los principios ilustrados en el Ejemplo 4. Esta forma de ahorrar calor y elevar la temperatura del horno se denomina regeneración.

Otro método para ahorrar calor es hacer que los gases de combustión pasen a través de una "caldera de calor residual" que produce vapor de la misma manera que una caldera ordinaria. A menudo, un horno cuenta con ambos medios de ahorro de calor, los gases calientes pasar primero por los inspectores y luego por una caldera de calor residual (ver Fig. 1). Conociendo la composición de los gases de combustión y la temperatura en los diversos puntos de dicho sistema, se puede calcular fácilmente el contenido de calor de los gases en los diferentes puntos y por sustracción encuentran el calor dado en el horno propiamente dicho, los inspectores, la caldera de calor residual, etc. La eficiencia térmica de los inspectores se puede determinar si se sabe a qué temperatura precalentan el aire entrante o gas, y la eficiencia de la caldera se puede calcular a partir de los datos de vapor. Un ejemplo simplificado será suficiente como ilustración. Ejemplo 5 El gas natural del Ejemplo 2 se usa en un horno regenerativo, utilizando un exceso de aire del 20 por ciento, estando el aire húmedo como en. Ejemplo 2. Los gases de combustión salen del horno a 1500 ° C. e ingrese a los regeneradores a esa temperatura. Dejan los regeneradores a 800 ° C y pasan directamente a una caldera de calor residual. Dejan la caldera a 350C. Los regeneradores precalientan el aire entrante a 6000. La caldera desarrolla 0.2 hp de caldera. por cada metro cúbico de gas natural quemado por hora. Requerido: 1. El calor emitido por los gases de combustión, por metro cúbico de gas natural quemado: a, r En el horno propiamente dicho. 6. En los regeneradores, c. En la caldera

2. La eficiencia térmica de los regeneradores y de la caldera. Solución: Se han encontrado los productos de la combustión (p. 22). Ellos son: CO 2, 1.09 cu. metro.; H2O, 2,08; O y Nz, 9.66. La capacidad calorífica de estos gases a cualquier temperatura / es: CO2: 1.09 (0 406 -f 0.00009 *) * = 0.443 * + 0.000099 * 2 H2O: 2.08 (0.373 4- 0.000050 * - 0.776 *. + 0.000104 * 'N2 y O2: 9.66 (0.302 -f 0.000022 *) * - 2.917 * + O.OOQ212 * 2 Total - 4.136 * -f 0.000415 * 2 Cuando * - 1500, los ^ ases contienen 4.136 X 1,500 + 0.000415 X 1,5002 - 7,138 Cal . * - 800, los gases contienen 3,574 * - 350, los gases contienen 1,498 El calor total que ingresó al horno (que se encuentra en la página 33) fue de 11.092 Cal. Calor abandonado en horno propiamente dicho = 11,092 7,138 = 3,954 Cal. (una). Calor abandonado en regeneradores = 7,138 3,574 - 3,564 Cal. (6) Calor rendido en caldera = 3,574 - 1,498 - 2,076 Cal. (C). El calor impartido al aire precalentado a 600C. (encontrado en la p. 33) fue 2,248 Cal. o 048 El calor que ingresó a los regeneradores fue de 7.138 Cal. Eficiencia térmica = '* = 31 por ciento (2a).

Por definición, 1 caldera hp. se evapora 34.5 Ib. de agua por hora desde y a 212F. Para evaporar 1 Ib. de agua requiere 971 B.t.u., o 244.4 Cal. Por lo tanto, 1 caldera hp. es equivalente a 244.4 X 34.5 8,440 Cal. por hora. 0.2 hp caldera. por metro cúbico X 8.440 1.688 Cal. utilizado en caldera por metro cúbico de gas quemado. El calor que ingresó a la caldera fue de 3.574 Cal .; I * = 47 por ciento (26). o, o7'l Problemas NOTA: Los problemas en la combustión suponen una combustión perfecta del combustible en el sentido de que todo el carbón quemado pasa a CO2 y todo el hidrógeno a H2O. El tefrm aire "teórico" designa la cantidad determinada por las ecuaciones, sin exceso de aire; no significa que se supone que se quema todo el carbono del combustible. Incluso al calcular el requerimiento teórico de aire, la cantidad de carbono no quemado en las cenizas debe deducirse del carbono total en el combustible antes de calcular el requerimiento de oxígeno de las ecuaciones. En ciertos casos, la combustión puede ser imperfecta, es decir , parte del carbono puede arder en CO en lugar de CO2; cuando este es el caso, la declaración del problema definitivamente hará que este punto sea invisible. 10. Un horno utilizado para fundir usos de latón coque como combustible. La composición del coque es la siguiente: Por ciento C 82 H 4 H2O 2 Ceniza 12 Las cenizas del horno representan el 15 por ciento del peso del coque. Se utiliza un 60 por ciento más de aire del que se requiere teóricamente. Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire teóricamente requeridos para la combustión de 1 kg. de la coca. Calcular por el método de peso. 2. El volumen de aire realmente utilizado por kilogramo de coko. Calcular por el método del volumen. 3. El volumen de los productos de combustión (gases de combustión) cuando se utiliza solo el requisito teórico del aire. Calcular por peso y cambiar a volumen. 4. El volumen y la composición porcentual de los productos de combustión tal como se formaron realmente (i.f., Incluido el exceso de aire) (Calcular directamente por el método de volumen 11. Un horno de fundición quema carbón en polvo de la siguiente composición:

Por ciento Por ciento C 76.0 S 1.2 H 49 H2O 1.5 O 7.8 Ceniza 6.9 N 1.7 Los quemadores se suministran con un 30 por ciento más de aire que el teóricamente requerido para una combustión completa. Requerido: \. Por kilogramo de carbón, los kilogramos de aire suministrado. 2. Por kilogramo de carbón, los metros cúbicos de aire suministrados. Calcule tanto del resultado del requisito 1 como del método de volumen directo. 3. Por libra de carbón, los pies cúbicos de aire suministrados. 4. Por kilogramo de carbón, el peso total de los productos de la combustión.

5. Por kilogramo de carbón, el total de metros cúbicos de productos de combustión. Use el método de volumen directo. 6. Por libra de carbón, los pies cúbicos de productos de combustión. 12. Una muestra de carbón tiene el siguiente análisis: Por ciento C 87.43 H 2 26 O 54 H2O 8 21 Ceniza 1 56 El carbón vegetal se quema con un 20 por ciento más de aire del teóricamente requerido. El aire está a 15 ° C. y presión barométrica de 748 mm., supuestamente seca. Las cenizas representan el 2 por ciento del peso del carbón. Requerido: 1. El volumen de aire, en pies cúbicos en condiciones estándar, teóricamente requerido para quemar 1 Ib. de carbón vegetal, calculado por el método del peso. 2. Lo mismo, calculado por el método de volumen directo. 3. El volumen de aire realmente utilizado, en las condiciones dadas. 4. El peso del aire utilizado, en libras. 5. El volumen y la composición porcentual de los productos de combustión. 6. El peso de los productos de combustión. 13. Un horno metalúrgico utiliza carbón bituminoso de la siguiente composición: Por ciento Por ciento C 72 2 O 7.8 H 5 808 v N 17 Ceniza 12 5 Las cenizas del horno son un cuarto de carbono sin quemar. El aire exterior está a 22C. y 751 mm. presión barométrica. Se utiliza un 50% más de aire que el requisito teórico. Requerido: 1. Los pies cúbicos de aire (en condiciones estándar) teóricamente requeridos para quemar 1 Ib. de carbón 2. Los pies cúbicos de aire realmente utilizados en las condiciones dadas 3. El volumen de los productos de combustión (gases de combustión) en pies cúbicos, y sus composición porcentual 4. Los metros cúbicos de aire (en condiciones estándar) realmente utilizados, por kilogramo de carbón. 5. El volumen de los productos de la combustión en metros cúbicos y su porcentaje. composición. 14. Un horno se quema en 24 h. 9 ^ toneladas métricas del siguiente carbón: Por ciento C 76 H 45 O 12 5 H2O 1 Ceniza 6.0 980 kg. de cenizas se hace. El volumen total de gases de combustión que salen de la pila en 24 h. es 228,000 cu. m., medido a la temperatura de la pila pf 30C, y presión de 725 mm.

Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire teóricamente requeridos para quemar el carbón, en condiciones estándar. 2. El porcentaje de exceso de aire utilizado. 15. Una muestra de carbón tiene la siguiente composición Por ciento Por ciento C 73 9 N 1 4 H 48 H2O 5 4 O 8 8 Ceniza 5 7 Cuando el carbón se usó en un horno, las cenizas contenían 18 por ciento de carbono y los gases de combustión analizaron 12 por ciento de oxígeno libre, análisis en seco. Requerido: 1. El requerimiento teórico de aire, en pies cúbicos por libra de carbón 2. El volumen de aire realmente utilizado y el porcentaje de aire en exceso. 3. La composición porcentual de los gases de combustión totales, análisis húmedo. 16. Un carbón tiene el siguiente análisis: Por ciento Por ciento C 53 76 X 76 H 4 44 H2 2 73 O 12 54 Cenizas 21 76 S 4 01 Se quema en un horno, utilizando un 40 por ciento de aire en exceso. Las cenizas del horno son 25 por ciento de carbono sin quemar. La temperatura del aire es de 18C. y presión barométrica de 740 mm .; aire asumido seco. Requerido: 1. El volumen de aire teóricamente requerido para quemar 1 kg. de carbón, en condiciones estándar. 2. El volumen realmente utilizado, bajo las condiciones dadas. 3. La composición porcentual de los productos de combustión. 4. Los gramos de humedad transportados por cada metro cúbico de los productos de combus ción 17. Se enciende un horno de acero de hogar abierto con gas productor que se analiza como sigue: Por ciento Por ciento CO 24.4 CH4 4.0 C02 49 N2 53.7 H2 10 2 H2O 2 8 Al quemarlo, se usa un 10 por ciento de aire en exceso. El aire y el gas ingresan a los puertos del horno a una temperatura de 500 ° C, presión de 800 mm. Los productos de la combustión salen del horno a 1500C., 750 mm. Requerido: 1. Por metro cúbico de gas en condiciones estándar, los metros cúbicos de aire utilizados en condiciones estándar. 2. Por pie cúbico de gas en las condiciones dadas, los pies cúbicos de aire usados en las condiciones dadas. 3. Por pie cúbico de gas en las condiciones dadas, los pies cúbicos de aire medidos en condiciones estándar. 4. Por metro cúbico de gas en condiciones estándar, los metros cúbicos de los productos de combustión en condiciones estándar y su composición porcentual. 5. Por metro cúbico de gas en condiciones estándar, los metros cúbicos del total de productos de combustión medidos en las condiciones bajo las cuales salen del horno. 6. Por pie cúbico de gas en las condiciones dadas, el total de metros cúbicos de productos de combustión a medida que salen del horno.

18, Una planta de zinc utiliza gas natural como combustible. El gas sale de las tuberías a 20 ° C, 940 mm. El aire exterior está a 10 ° C por debajo de 720 ° C, y el aire se precalienta a 500 ° C. antes de usar. La composición del gas es la siguiente: Por ciento Por ciento CH4 94 2 CO 8 C2H4 8 CO2 4 O2 06 N, 3 2 Requerido: 1. Los pies cúbicos de aire utilizados para quemar I cu. pies de gas, permitiendo un exceso del 10 por ciento y midiendo el gas en las condiciones obtenidas de las tuberías / y el aire en las condiciones exteriores. 2. Lo mismo, pero con el aire medido como precalentado. 3. Los productos de la combustión en condiciones estándar, por pie cúbico de gas en condiciones

estándar. 4. Los productos de combustión en condiciones estándar por pie cúbico de gas en las condiciones obtenidas. 19. La composición de un gas combustible es la siguiente: Por ciento Por ciento H2 40 CO 18 CH 4 22 O 2 1 C2H4 7 CO, 3 N 2 4 H, () 5 Al quemarlo, se suministra aire a una cantidad superior en un 15% a la teórica. requisito. % ** Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire utilizados para quemar 1 cu. metro. de gas 2. Los metros cúbicos de los productos de combustión a partir de 1 cu m. de gas y su composición porcentual. 3. El peso en kilogramos de 1 cu. en, de gas y de 1 cu. en de los productos de combustión. 4., El peso del aire usado para quemar 1 kg. de gas 5. Los gramos de vapor de agua contenidos en 1 cu in. de gas y en 1 cu. in de los productos de combustión 20. Gas natural analizado de la siguiente manera: Por ciento CH4 82 H2 4 CO 5 CO2 7 N 2 2 El gas fluye desde la tubería a una temperatura de 8 ° C, presión 820 mm., Y se quema con aire que tiene una temperatura de 30 ° C, presión 735 mm. 1 "los productos de la combustión llevan 3 por ciento de oxígeno libre. Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire utilizados para quemar 1 cu.m. De gas, ambos medidos en condiciones estándar, y el porcentaje de exceso de aire utilizado. 2. El porcentaje composición de los productos de combustión 3. Los metros cúbicos de aire utilizados para quemar 1 m3 de gas, ambos medidos en sus condiciones reales.

4. El peso de 1 cu. metro. del gas, en sus condiciones reales. 5. Los kilogramos de aire utilizados para quemar 1,000 pies cúbicos. metro. de gas, medido en sus condiciones reales. 21. Un horno quema el siguiente carbón, utilizando un 60 por ciento de exceso de aire: Por ciento Por ciento C 74 6 O 8 2 H 46 H2O 5 N 1 3 Cenizas 6 3 Las cenizas del horno analizan el 20 por ciento de carbono. El aire utilizado es húmedo, con 22 g. de vapor de agua por metro cúbico, metro de aire seco. Requerido: 1. Los metros cúbicos de aire seco requeridos teóricamente por kilogramo de carbón, referidos a condiciones estándar. 2. Los metros cúbicos de aire húmedo realmente utilizados, referidos a las condiciones estándar 3. El volumen total de los gases de combustión. 4. Si la cantidad de humedad en el aire fuera de 22 g de vapor de agua por metro cúbico de aire húmedo, ¿cuál sería el volumen de aire húmedo realmente utilizado para la combustión del carbón? 22. Carbón utilizado en la cocción, i horno reverberatorio analizado MS sigue: Por ciento Por ciento C 65 N 2 H 58 H 2O 4 8 O 10 2 Cenizas 12 2 Las cenizas del horno representaron el 15 por ciento del carbón. Se suministró un 75% de aire en exceso para la combustión. El aire transportaba 15 g. de \\ vapor de agua en cada metro cúbico de aire húmedo. Requerido: 1. El meteis cúbico del aire húmedo suministrado, por kilogramo de carbón. 2. Los gramos de vapor de agua contenidos en cada grupo cúbico de los gases de combustión. 23. Un carbón bituminoso contiene la siguiente composición Por ciento Por ciento C 70 6 X 1 4 * H 48 H 2O 4 6 O 8 6 Ceniza 10

Se quemó con un 75 por ciento de exceso de aire. Las cenizas del horno contenían 13,6 por ciento de carbono no quemado. El aire utilizado fue a 15 ° C, 772 mm. presión barométrica, y llevó 11,6 g. de vapor de agua por metro cúbico de aire seco medido en condiciones estándar. Requerido: 1. El volumen de aire seco requerido teóricamente por kilogramo de carbón, medido en las condiciones dadas. 2. El volumen de aire húmedo realmente utilizado y el porcentaje de humedad. 3. El volumen total de los gases de la chimenea a medida que salen de la chimenea a una temperatura de 420C. 24. El análisis de un carbón blando es el siguiente: Por ciento Por ciento C 72 4 O 10.0 N 1 8 H2 2.4 H 64 Ceniza 7

ME QUEDE EN LA PAG 39 DEL LIBRO METALLURGICAL PROBLEM