COMBUSTIÓN

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión.Entre las sustancias mas comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran: CO2 H2O como vapor de agua N2 O2 CO H2 Carbono en forma de hollín SO2

De acuerdo a como se produzcan las reacciones, estas pueden ser de distintos tipos:

Combustión completaOcurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. Combustión incompletaSe produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

Combustión estequiométrica o teóricaEs la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción.Combustión con exceso de aireEs la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción.

Combustión con defecto de aire

Es la reacción que se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de reacción.Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.

CLASIFICACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES

PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES

COMPOSICIÓN

Conocer la composición de un combustible es muy importante para poder determinar los parámetros característicos estequiométricos de la reacción de combustión y conocer si en el existen sustancias que puedan tener importancia posterior en cuanto a la contaminación o nocividad de los productos de reacción.

La forma más común de indicar la composición de un combustible gaseoso es como porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes en condiciones normales.Para un combustible gaseoso tipo hidrocarburo, la fórmula general es :CmHn + [(4m + n)/4]O2 ....................... m CO2 + (n/2)

H2O

y sus componentes mas habituales son :CO2 , CO , H2 , O2 , N2 , SO2 SH2 y H2O como vapor

Si Xi es la fracción molar, se expresara como:

[ Xi ] = Kmol del componente i / Kmol de combustible

y debe cumplirse que si el gas tiene p componentes

Para un combustible líquido o sólido, la forma mas común de indicar la composición es expresar la cantidad de C, H , S , N , O2 , H2O y cenizas en porcentaje de masa referida a un kg de combustible.Si mi es la masa del componente i se expresara como:[ mi ] = kg del componente i / kg de combustible con cenizas y deberá cumplirse que si hay p componentes

PODER CALORIFICOEl poder calorífico (PC) de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad empleada de combustible (Kg, Kmol, m3)De acuerdo a como se expresa el estado del agua en los productos de reacción se puede dividir en:Poder calorífico Superior (PCS):Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en forma líquida a 0 ºC y 1 atm.Poder calorífico Inferior (PCI):Expresa la cantidad de calor que se desprende en la reacción completa de la unidad de combustible con el agua de los humos en estado de vapor.

DENSIDAD

Generalmente se determina experimentalmente y para el caso de los combustibles gaseosos se utiliza la densidad relativa al aire. La densidad absoluta del aire en condiciones normales es de 1,293 kg/m3.

Para los combustibles líquidos, en forma aproximada se puede utilizar la siguiente fórmula :Densidad = 250 + 9,13 mc + mh

expresada en kg / m3 a 15 ºCdonde mc y mh son las masas respectivas de carbono e hidrógeno.

LIMITE DE INFLAMABILIDAD

Esta propiedad es característica a los combustibles gaseosos y establece la proporción de gas y aire necesaria para que se produzca la combustión.

PUNTO DE INFLAMACIÓN

Para que una reacción de combustión se produzca, la mezcla de combustible y comburente debe alcanzar una temperatura mínima necesaria, que recibe el nombre de punto de inflamación.depende del comburente, por lo que su valor no es el mismo si se utiliza oxígeno o aire.Otra temperatura importante es la temperatura de combustión o de llama máxima, que se alcanza en la combustión.

EJEMPLO:BUTANO

REACCIONES DE COMBUSTIÓN

REACCIÓN TEÓRICALa reacción teórica para una combustión completa, convirtiéndose todo el C a CO2 y el H2 a H2O, utilizando aire como comburente es del tipo:

C8 H18 + aire ----------------- CO2 + H2OC8 H18 + a (O2 + 3,76 N2) ---------------- b CO2 + c H2O + d

N2

siendo la ecuación química estequiométricamente balanceada

C 8 H 18 + 12,5 (O2 + 3,76 N2) --------------- 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2

REACCIÓN REAL GENERICA

a [ Cu Hv Ow Nx Sy ] + b [O2] + 3,76 b [N2] + c [humedad] + d [impurezas] →

e [CO2] + f [H2O] + g [O2] + h [H2] + i [CO] + j [SO2] + k [NO] + l [NO2] + m [cenizas]

donde [Cu Hv Ow Nx Sy ] es un mol de materia combustible, donde suele tomarse a=1 (por mol de combustible) o bien e + f + g + h + i + j + k + l = 1 (por mol de producto gaseoso)Esta reacción representa una reacción real que se produce en un reactor de combustión teniendo en cuenta todas las variables que se presentaran inclusive la humedad, impurezas y cenizas.