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Combustin.

El proceso de combustin es difcil de analizar debido a que es un proceso multidisciplinario (termoqumico fluido dinmico). Pero se puede definir como oxidacin rpida de una sustancia, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de Energa en forma de caloryluz.

Sus aplicaciones se pueden resumir en:

calefaccin de habitculos (hogueras, estufas, calderas). produccin de electricidad (centrales trmicas).propulsin (motores alternativos, turbinas de vapor, turbinas de gas). proceso de materiales (reduccin de xidos, fundicin, coccin).eliminacin de residuos (incineracin de basura).- iluminacin (hasta finales del siglo XIX era el nico mtodo de luz artificial).

Combustibles.

Combustiblees cualquier material capaz de liberar energa cuando se oxida de forma violenta con desprendimiento de calor.

La forma habitual de indicar la composicin de un gas es como porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes, en condiciones normales de temperatura y presin. Si se expresa este porcentaje relativo al 100% total, se obtiene la fraccin molar, xi.Por lo tanto, si el combustible gaseoso tiene n componentes deber cumplirse que :

Los componentes mas habituales en un combustible son:Propiedades.

Poder Calorfico.Viscosidad.Densidad.Limite de Inflamabilidad.Punto de Inflamacin.Temperatura de Combustin.Contenido de Azufre.Poder Calorfico.

El poder calorfico de un combustible es la cantidad de energa desprendida en la reaccin de combustin, referida a la unidad de masa de combustible.

Poder calorfico superior (PCS):Es la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de 1 Kg de combustible cuando el vapor de agua originado en la combustin est condensado y se contabiliza, por consiguiente, el calor desprendido en este cambio de fase.Poder calorfico inferior (PCI):Es la cantidad total de calor desprendido en la combustin completa de 1 kg de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua de la combustin, ya que no se produce cambio de fase, y se expulsa como vapor.Conocida la composicin qumica de un combustible resulta posible el clculo de su poder calorfico, empleando la expresin determinada por Dulong:

Viscosidad.

Densidad.

En el caso de combustibles gaseosos se utilizan tanto la densidad absoluta (kg/m3) como la relativa al aireLa densidad relativa tiene mucha importancia por el hecho de que determina, por ejemplo, si el gas se acumula en el techo o en el suelo, en caso de una fuga en un local cerrado. La densidad absoluta del aire, en condiciones normales (0C y 1atm), es de 1.287 kg / m3

Para los combustibles lquidos, en forma aproximada se puede utilizar la siguiente formula:Densidad = 250 + 9,13mC + mHDonde mC y mH son las masas respectivas de carbono e hidrgenos.Limite de Inflamabilidad.

Esta propiedad es caracterstica a los combustibles gaseosos y establece la proporcin de gas y aire necesaria para que se produzca la combustin, indicando un limite superior y uno inferior.

Si se quiere determinar los lmites de inflamabilidad de una mezcla gaseosa, se puede utilizar la siguiente ecuacin:Siendo xi la fraccin molar del componente i y Li el lmite de inflamabilidad de dichocomponente.

Punto de Inflamacin y Temperatura de Combustin.

Para que se produzca la reaccin de combustin, la mezcla de combustible y comburente debe alcanzar una temperatura mnima necesaria, que recibe el nombre de punto de inflamacin o temperatura de ignicin. Una vez que se alcanza dicha temperatura, el calor producido mantendr la temperatura por encima de la de ignicin y la reaccin continuar hasta que se agote el combustible o el comburente.Otra temperatura importante es la temperatura de combustin o de llama mxima, que se alcanza en la combustin.

Contenido de Azufre.

Es importante conocer el contenido de Azufre (S) de los combustibles ya que esto determina la cantidad de Dixido de Azufre (SO2) que aparecer en los humos, como resultado de la combustin.El Dixido de azufre se oxida lentamente a Trixido de Azufre (SO3) que es el responsable de las llamadas lluvias cidas. Una forma de reducir la formacin de Trixido de Azufre es controlar el exceso de aire, de forma tal que se emplee el mnimo exceso de aire posible.

Oxidante (aire atmosfrico).

El comburente es el agente que aporta el oxigeno a una reaccin de combustin y la fuente mas usual y econmica de oxgeno disponible es el aire.Aire terico o requerido: es la cantidad de aire que contiene el oxgeno tericoOxgeno terico: Son las moles de oxigeno que se necesitan para efectuar la combustin completa del combustible en el reactor.Exceso de aire: es la cantidad de aire en exceso con respecto al terico o requerido para una combustin completa.

Los procesos de combustin se pueden clasificar en:

Combustin completa. Combustin incompleta. Combustin terica o estequiomtrica.

Combustin Completa.

En la combustin completase queman las sustancias combustibles del combustible hasta el mximo grado posible de oxidacin. En este tipo de reaccin no se encontraran sustancias combustibles en los humos o gases de combustin.

Las reacciones qumicas que se utilizan en el estudio de las combustiones tcnicas tanto si se emplea aire u oxigeno, son muy sencillas y las principales son :Estas reacciones corresponden a reacciones completas de sustancias que pueden pertenecera un combustible gaseoso, lquido o slido y se expresan para 1 mol o 1 Kmol de sustanciacombustible.Combustin Incompleta.

Sucede lo contrario que en la combustin completa. O sea, como el combustible no se oxida completamente, se forman sustancias que todava pueden seguir oxidndose; por ejemplo, CO. Estas sustancias se denominan inquemados. La presencia de inquemados indica que la combustin se est realizando en forma incompleta. Otros inquemados pueden ser H2, CnHm, H2S y C. Estas sustancias son los contaminantes ms comunes que escapan a la atmsfera en los gases de combustin.Combustin Terica

Es la combustin que se realiza con la cantidad terica de oxgeno estrictamente necesaria para producir la oxidacin total del combustible sin que se produzcan inquemados.En consecuencia, no se encuentra O2 en los humos, ya que dicho O2 se consumi totalmente durante la combustin. Esta combustin se denomina terica porque en la prctica siempre se producen inquemados, aunque sea en muy pequea proporcin.

Diagrama de Combustin.A

ad) Combustin con exceso de aire : Es la reaccin que se produce con una cantidad de airesuperior al mnimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustin tiendea no producir sustancias combustibles en los gases de reaccin. En este tipo decombustin es tpica la presencia de oxigeno en los gases de combustin.La razn por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionarcompletamente el combustible disponible en el proceso.e) Combustin con defecto de aire : Es la reaccin que se produce con una menorcantidad de aire que el mnimo necesario. En este tipo de reaccin es caracterstica lapresencia de sustancias combustibles en los gases o humos de reaccin.Relacin Aire Combustible RAC.

Corresponde a la relacin que existe entre el aire y combustible de un proceso de combustin determinado, se representa como:

F/A = Mc/Ma

Donde Mc y Ma = al consumo de combustible y aire respectivamente

Motor F/AEncendido por Chispa 0.056 - 0.083Encendido por Compresin 0.014 - 0.056RAC. Base molar y masico

AC = N moles aire N moles combustible (base molar)AC = N moles aire * masa aire N moles combustible * masa combustible (base masa)Anlisis de los gases de escape en motores de combustin interna Gasolina.

Anlisis de los gases de escape en motores de combustin interna Diesel.

N2 . Nitrgeno

Es un gas no combustible, incoloro e inodoro.El nitrgeno es un componente elemental de nuestro airerespiratorio (78 % nitrgeno, 21 % oxgeno, 1 % otros gases) y sealimenta al proceso de la combustin conjuntamente con el aire deadmisin. La mayor parte del nitrgeno aspirado vuelve a salirpuro en los gases de escape; slo una pequea parte se combinacon el oxgeno O2 (xidos ntricos NOX).O2 . Oxgeno

Es un gas incoloro, inodoro e inspido. Es el componente msimportante de nuestro aire respiratorio (21 %).Se aspira a travs del filtro de aire, igual que el nitrgeno.

H2O . Agua

Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se producecon motivo de la combustin .fra. (fase de calentamiento delmotor). Es un componente inofensivo de los gases de escape.

CO2 . Dixido de carbono

Es un gas incoloro, no combustible. Se produce al ser quemados loscombustibles que contienen carbono. El carbono se combina durante esa operacin con el oxgeno aspirado.El dixido de carbono CO2 reduce el estrato de la atmsfera terrestre que suele servir de proteccin contra la penetracin de los rayos UV (la tierra se calienta).

CO . Monxido de carbono

Se produce con motivo de la combustin incompleta de combustibles que contienen carbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente txico. Bloquea el transporte de oxgeno por parte de los glbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentracin en el aire respiratorio. En una concentracin normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando dixido de carbono CO2.

NOX . xidos ntricos

Son combinaciones de nitrgeno N2 y oxgeno O2. Los xidos de nitrgeno se producen al existir una alta presin, alta temperatura y exceso de oxgeno durante la combustin en el motor. Ciertos xidos ntricos son nocivos para la salud.

SO2 . Dixido de azufre

Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible.El dixido de azufre o anhdrido sulfuroso propicia las enfermedades de las vas respiratorias, pero interviene slo en una medida muy reducida en los gases de escape.Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es posible disminuir las emisiones de dixido de azufre.

Pb . Plomo

Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehculos. En 1985 se emitan todava a la atmsfera 3.000 T, debidas a la combustin de combustibles con plomo.El plomo en el combustible impeda la combustin detonante debida a la autoignicin y actuaba como una sustancia amortiguadora en los asientos de las vlvulas. Con el empleo de aditivos ecolgicos en el combustible sin plomo se han podido mantener casi idnticas las caractersticas antidetonantes.

HC . Hidrocarburos

Son componentes inquemados del combustible, que surgen en los gases de escape despus de una combustin incompleta.Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones y actan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los rganos sensoriales, mientras que otros son cancergenos.

Las partculas de holln

MP (masa de partculas) son generadas en su mayor parte por losmotores diesel. Los efectos que ejercen sobre el organismo humano todava no estn aclarados por completo.

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