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Ejemplo de subtítulo

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1 Aire en la combustión

El aire de combustión proporciona el oxígeno necesario para la combustión. Está compuesto por

nitrógeno (N2), oxígeno (O2), bajos volúmenes de gases inertes y una parte variable de vapor de

agua. En algunos casos, se utiliza para la combustión oxígeno puro o una mezcla de oxígeno y

aire. Los principales constituyentes del aire de combustión (con la excepción del oxígeno, que se

consume durante la combustión) se encuentran en los gases de combustión.

1.1 Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales:

Combustión ideal, coeficiente de exceso de aire, balance de materiales. La necesidad mínima de

oxígeno para la combustión completa (ideal) de las partes inflamables depende de la

composición del combustible.

1 kg de carbono, por ejemplo, necesita 2,67 kg de oxígeno para quemarse, mientras que 1 kg de

hidrógeno necesita 8 kg y 1 kg de azufre sólo 1 kg de oxígeno. En este caso, la combustión

cuando las proporciones de las cantidades son exactas se denomina como combustión ideal o

combustión en condiciones estequiométricas.

1.1.1 Las ecuaciones de reacción correspondientes son como sigue:

Carbono: C + O2 ----> CO2

Hidrógeno: 2H2 + O2 ----> 2H2O

Azufre: S + O2 ----> SO24

1.1.2 Composición del aire puro y seco en la superficie terrestre

La combustión ideal se puede basar en el siguiente modelo

La cantidad de oxígeno suministrado es suficiente para quemar totalmente el combustible

presente; no hay exceso de oxígeno ni de combustible.

En la práctica, sin embargo, esta cantidad ideal (mínima) de oxígeno no es suficiente para una

combustión completa debido a la mezcla incompleta del combustible y el oxígeno, entre otras

cosas, y se debe aportar más oxígeno y por consiguiente más aire de combustión de lo que es

estequiométricamente necesario. Esta cantidad adicional de aire se conoce como "exceso de

aire", la proporción entre la cantidad de aire real y la estequiométricamente necesaria se conoce

como coeficiente de exceso de aire (Lambda). Se muestra esta situación en forma de modelo;

debido al exceso de aire, aquí Lambda > 1.

Un exceso de aire innecesariamente alto reduce la temperatura de combustión y aumenta la

cantidad de energía sin utilizar disipada a través del mayor volumen de gases de combustión.

Si la cantidad de exceso de aire escogida es muy pequeña, además de un bajo rendimiento de

utilización del combustible, esto incrementará el impacto medioambiental nocivo de los residuos

inquemados en los gases de combustión.

Se debe tener en cuenta:

El Oxígeno para combustión primaria

El aire se utiliza en la mayor parte de la combustión industrial como un agente oxidante.

Tiene un alto contenido de nitrógeno (N2: 79%; O2: 21% et Ar) lo que reduce la probabilidad de

colisión entre las moléculas de oxígeno y combustible. El nitrógeno es de lastre inútil térmica.

Oxidación de aire en la combustión se puede utilizar para lograr cuatro objetivos principales en

aplicaciones industriales. Su importancia depende de la relación de oxigenación:

Mejorar el rendimiento térmico

Mejorar la transferencia de calor

Mejora de las características de combustión de llama

Reducir el volumen de gases

Soluciones de oxígeno de la combustión

Hay tres principales tecnologías utilizadas para enriquecer el oxígeno del agente oxidante:

Enriquecimiento global del aire de combustión:

El oxígeno se añade al aire de combustión antes de que la mezcla llegue a la zona de fuego.

Esta es la solución menos costosa.

Enriquecimiento local mediante el uso de una lanza:

El oxígeno se inyecta con lanzas que generan óptima transferencia de calor hacia el producto

fundido.

Quemadores oxi-combustible:

El agente oxidante contiene solamente oxígeno. Esta solución se puede utilizar cuando el

producto tiene una potencia específica alta. Hemos desarrollado ALGLASS ™ quemadores

específicamente para esta situación.

En la combustión el O2 es realmente el componente reactivo del aire. En adelante

consideraremos que el aire contiene un 21% de O2 y 79% de N2. Para cada mole de O2 en el

aire hay 3,773 moles de N2 como se puede apreciar en la última columna de la Tabla 4.1. Este

valor se obtiene dividiendo 0.79 entre 0.21. El peso

molecular del aire se obtiene mediante la ecuación

(4.16), donde los pesos moleculares de cada componente

se puede sacar de la Tabla 4.1, para dar entonces Maire

= 28,962 kmole / kgaire que normalmente se suele aproximar a 29.

Normalmente cuando se trabaja con el aire “real”, el cual contiene vapor de agua, se emplea la

carta sicrométrica. Es importante resaltar que en la mayoría de los textos europeos y

estadounidenses se suele despreciar el efecto del contenido de vapor de agua en el aire,

algunos autores como Heywood (1988) [1] sugieren una corrección por contenido de vapor de

agua inferior a 0,03; sin embargo, en los principales asentamientos urbanos de nuestro país, se

suelen tener durante todo el año humedades relativas bastante elevadas. Esto significa que se

debe tener mayor consideración en todos los cálculos termodinámicos que incluyan el aire como

fluido de trabajo

2 Productos de la combustión

3 Masa molarEl aire que se usa en las reacciones de combustión es el aire atmosférico. Ya se dijo en la

Unidad I que, debido a que ni el N2 ni los gases inertes del aire reaccionan durante la

combustión, se los suele agrupar, y se considera que el aire está formado por 21% de O2 y 79%

de N2. Es decir, que 1 kmol de aire contiene 0.21 kmol de O2 y 0.79 kmol de N2. En

consecuencia, para obtener 1 kmol de O2 se necesitan 4.762 kmol de aire.

La masa molecular (Wa) promedio de este aire, llamado comúnmente aire técnico simplificado

(ATS) es Wa = 28.85 kg/kmol. Por lo tanto, si expresamos las relaciones anteriores en kg en vez

de kmol, estas cantidades serán distintas. Un kg de aire contiene 0.233 kg de O2 y 0.766 kg de

N2. La cantidad de aire necesaria para obtener 1 kg de O2 es de 4.292kg de aire. Todos estos

datos, que se utilizan en la combustión con ATS, se resumen en la siguiente tabla

valores a una atmosfera

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