Ingeniería en Maquinaria, Vehículos Automotrices y

Sistemas Electrónicos

La combustión y los combustibles

NOMBRE: Matías Arias P. Pablo Chepillo R. Sebastián Rodríguez V.

CARRERA: Ingeniería en Maquinaria, Vehículos Automotrices y Sistemas Electrónicos.ASIGNATURA: Análisis Termodinámico Del motor DOCENTE: José Antonio Robles P.FECHA: 07/09/15

Índice

ContenidoÍndice.............................................................................................................................................................2

Introducción...................................................................................................................................................3

La combustión:...............................................................................................................................................4

Tipos de combustibles...................................................................................................................................5

Propiedades físico-químicas de los combustibles..........................................................................................6

Poder calorífico:...........................................................................................................................................16

Tabla con los diferentes valores de los distintos tipos de combustibles:.....................................................17

Aire en la combustión..................................................................................................................................18

Productos de la combustión........................................................................................................................19

RAC Molar (Relación aire combustible molar).............................................................................................21

RAC Másica (Relación aire combustible másica)..........................................................................................21

Coeficiente lambda:.....................................................................................................................................22

Tipos de combustión:...................................................................................................................................24

Proceso real y teórico de la combustión......................................................................................................26

Conclusión...................................................................................................................................................27

Bibliografía:..................................................................................................................................................28

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Introducción

En el siguiente trabajo a presentar se señalaran diversos puntos los cuales mayormente se ven reflejado en los tipos de combustibles la combustión y sus derivados temas a tratar sus comienzos se ven reflejados desde el principio de los tiempos ya que la combustión ha estado con nosotros en cada instante pero sólo recién en los tiempos de Aristóteles se le ha observado con seriedad. Éste definió que el fuego era uno de los cuatro compuestos que componían toda la materia mucho tiempo después de esta explicación debieron pasar siglos hasta que alguien, para ser más preciso, el médico Ernst Stahl, intentara explicar la naturaleza de la combustión mediante un método serio a principios del siglo XVIII, el médico (1660-17349) propuso una explicación conjunta de la calcinación de los metales, la combustión de los cuerpos y la respiración de los animales, basada en la existencia de un "principio de la combustibilidad" que denominó "flogisto". De acuerdo con sus ideas, los metales estaban formados por flogisto y la cal correspondiente, de modo que, cuando se calcinaban, el flogisto se desprendía y dejaba libre la calasí al pesar de los años fueron surgiendo nuevas teorías de la combustión y sus derivados en la rama de la termodinámica es una fuente muy importante para ciertas explicaciones tratando sobre los demás temas como los tipos de combustibles se tratan una serie de combustibles los cuales en la vida actual son de un factor de gran importancia mundial ya que sin ellos no podríamos ejercer muchas cosas de la vida cotidiana pero además son un daño muy grande para el medio ambiente ya sea por su diversa contaminación ambiental hasta la extinción de diversas especies, por lo cual para manejar e utilizar los diversos combustibles y producir una combustión se debe de hacer con precaución y cumplir una serie de normas para no afectar de manera tan directa al planeta, una de las precauciones que se han empleado durante este tiempo ha sido el rombo de precaución el cual nos señala que tan dañino es el combustible ya sea para nuestra salud o que tan inflamable y peligroso puede llegar a ser el combustible que se está tratando por ello este método de precaución es muy utilizado para manejar diversos tipos de combustibles

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La combustión:

La combustión es una reacción química en la cual generalmente se desprende una gran

cantidad de calor y luz. Sin embargo el fenómeno puede manifestarse en forma muy lenta y no ir

acompañado de un incremento de la temperatura que nosotros podamos percibir .El proceso de

destruir materiales por combustión se conoce como incineración. En toda combustión existe un

elemento que arde y se denomina (combustible) y otro que produce la combustión (comburente),

generalmente oxígeno en forma de O 2 gaseoso. Y la chispa inicial o la temperatura de ignición

que permite que se inicie el proceso.

Punto de ignición es el punto mínimo iniciar la combustión de cualquier combustible, es

necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada temperatura de ignición o de inflamación.

La combustión es un proceso de transformación de la materia que se inicia con un aporte de

energía y que, en presencia de oxígeno, da lugar a nuevas sustancias y a la liberación de

energía en forma de calor y luz.

Las reacciones de combustión pueden ser:

Completa

Incompleta

Estequiometrica o teórica

Con exceso de aire

Con defecto de aire

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Tipos de combustibles

Los tipos de combustible es cualquier substancia que pueda arder, habitualmente se reserva esta denominación para aquellos materiales que son quemados para producir energía calorífica actualmente los combustibles tienen una importancia fundamental en el mundo actual y dan un gran poder económico a los países que los poseen como se da en los países como arabia saudita entre otros.

Los combustibles pueden clasificarsesegún el estado en que se presentan en:

- combustibles sólidos: leña, carbón vegetal, carbón mineral, carbón de coque

- combustibles líquidos: gasolina, gasóleo, queroseno, fueloil, alcoholes diversos otros

- combustibles gaseosos: GLP, gas natural, propano, butano, acetileno

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Propiedades físico-químicas de los combustibles

Carbón: El carbón también llamado carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó durante el período Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años).el carbón es un recurso no renovable

Propiedad química: El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente, puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 10 millones de compuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivos conocidos, además el carbono es uno de los elementos que se encuentran con mayor frecuencia en la naturaleza, es capaz de formar diversas combinaciones con otros átomos y con átomos de su mismo tipo gracias a su configuración electrónica y tiene muchas aplicaciones.

Propiedades físicas: Propiedades químicas:

-Estado de la materia Sólido (no magnético) -Número atómico 6

-Punto de fusión 3823 K (diamante), 3800 K (grafito) -Estado de oxidación +4

-Punto de ebullición 5100 K (grafito) -Electronegatividad 2,5

-Entalpía de vaporización 711 kJ/mol (grafito; sublima) -Radio covalente (Å) 0,77

-Entalpía de fusión 105 kJ/mol (grafito) (sublima) -Radio iónico (Å) 0,15

-Presión de vapor _ Pa -Radio atómico (Å) 0,914

-Velocidad del sonido 18.350 m/s (diamante) -Masa atómica (g/mol) 12,01115

-Densidad (g/ml) 2,26

Carbón en su estado puro

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Petróleo: El petróleo es una fuente de combustibles más utilizados en todo el mundo ya que sus derivados son de una gran gama para ser utilizados en diversos aspectos este es una mezcla homogénea de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en agua.

También es conocido como petróleo crudo Se produce en el interior de la Tierra, por transformación de la materia orgánica acumulada en sedimentos del pasado geológico y puede acumularse en trampas geológicas naturales, de donde se extrae mediante la perforación de pozos, Es un recurso natural no renovable

Propiedades físicas:

Coloración: el color del petróleo varía del amarillo al rojo pardo, siendo las clases más oscuras, opacas. Los aceites de bajo peso específico son amarillos, los medianos ámbar, y los aceites más pesados son oscuros.

Olor: Es característico y depende de la naturaleza y composición del aceite crudo. Los hidrocarburos no saturados dan olor desagradable, debido al ácido sulfhídrico y otros compuestos de azufre.

Peso específico: El petróleo es más liviano que el agua. Su peso específico es influenciado por factores físicos y por la composición química del crudo, pudiendo oscilar, en términos generales, entre 0,75 y 0,95 Kgr./lt.

Viscosidad: Es la medida de la tendencia a fluir, siendo de gran importancia en los aceites lubricantes.

Solubilidad: Es insoluble en agua, sobre la cual sobrenada por su peso específico menor. A esto se debe su peligrosidad cuando se derrama en los puertos, o cuando es necesario combatir incendios en los tanques de almacenaje

Poder calorífico: Está comprendido entre las 9000 y 12000 calorías. Éste disminuye al aumentar la densidad

Propiedades químicas

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Gasoil: El gasoil es un combustible líquido de gran calidad obtenido como producto intermedio en la columna de destilación atmosférica del petróleo. En el campo de la automoción, se utiliza en motores de encendido por compresión, que siguen ciclo Diesel, tanto para vehículos ligeros como para vehículos pesados, es un hidrocarburo líquido, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en calefacción y en motores diesel. Su poder calorífico inferior es de 35,86 MJ/l (43,1 MJ/kg)1 que depende de su composición comercial. además el gasoil no es soluble al agua

Propiedades químicas: El gasoil o diesel contiene un número de atomos de carbonos que lo forman se encuentra entre 10 y 22 aproximadamente.

Las composiciones consideradas son las siguientes:

a) C14,3H26,2

b) C12H23

Propiedades físicas: más relevantes que definen su uso en motores de ciclo Diesel son su número de Cetano e viscosidad.

Número de Cetano: para obtener un funcionamiento suave del motor Diesel se necesita una inflamación rápida del combustible a medida que va entrando en contacto con el aire de la cámara de combustión. Para cuantificar esta facilidad de ignición se utiliza el NM, si este valor no es lo suficientemente elevado se retrasa la combustión y esto provoca un aumento de la presión en el cilindro no deseado.

Viscosidad: una disminución de la viscosidad del gasoil hace más fácil la pulverización del combustible, sin embargo si es demasiado baja no se consigue la lubricidad adecuada en la bomba de inyección.

Punto de inflamabilidad: 52 °C a 96 °C / 125.6 °F a 204.8 °F

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Gasolina : La gasolina es un derivado del petróleo por su refinación el cual consiste en una mezcla de hidrocarburos alifáticos, que se utiliza como combustible en motores de combustión interna con encendido por chispa convencional o por compresión (motor Otto), así como en estufas, lámparas, limpieza con solventes y otras aplicaciones. Debe de cumplir una serie de condiciones, unas para que el motor funcione bien y otras de tipo ambiental, ambas reguladas por ley en la mayoría de los países. La especificación más característica es el índice de octano que indica la resistencia que presenta el combustible a producir el fenómeno de la detonación.

Propiedades químicas:

- Es una molécula orgánica compuesta de cadenas de 8 carbonos en general

- Es un compuesto apolar

- Es combustible e inflamable

- Volatiliza rápidamente

- Está limitada como recurso de combustión para motores.

Propiedades físicas:

- Octanaje: se la define como la principal propiedad de la gasolina ya que está altamente relacionada al rendimiento del motor del vehículo.

-Curva de destilación: Esta propiedad se relaciona con la composición de la gasolina, su volatilidad y su presión de vapor. Indica la temperatura a la cual se evapora un porcentaje determinado de gasolina, tomando una muestra de referencia.

-Volatilidad: La volatilidad es una propiedad la cual se mida al igual que la presión de vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes volátiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y almacenamiento.

-Contenido de azufre: Esta propiedad se encuentra altamente relacionada con la cantidad poseída de azufre (S) presente en el producto

Punto de inflamabilidad de la Gasolina -40 °C / -45.4 °F

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Alcohol: El alcohol es un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que puede utilizarse como combustible, solo, o bien mezclado en cantidades variadas con gasolina, y su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo.

El combustible resultante de la mezcla alcohol y gasolina se conoce como gasohol o alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de alcohol del 10% y 85%, respectivamente.

Propiedades físicas: Los alcoholes son líquidos incoloros de baja masa molecular y de olor característico, solubles en el agua en proporción variable y menos densa que ella. Al aumentar la masa molecular, aumentan sus puntos de fusión y ebullición, pudiendo ser sólidos a temperatura ambiente .También disminuye la solubilidad en agua al aumentar el tamaño de la molécula,

Propiedades químicas: Las propiedades químicas de los alcoholes están relacionados con el grupo -OH, que es muy polar y capaz de establecer puentes de hidrógeno con sus moléculas compañeras, con otras moléculas neutras, y con aniones.

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Kerosene: es un combustible líquido inflamable, mezcla de hidrocarburos, que se obtiene de la destilación del petróleo natural, utilizado en estufas y lámparas al inicio, y que en la actualidad se emplea como combustible de aviones de reacción y para fabricar insecticidas Además es bueno para los dolores reumáticos, repelente contra insectos, desinfectante y tantos usos que se le ha venido dando.

Propiedades físicas: El kerosene posee una densidad intermedia entre la gasolina y el gasóleo o diesel. Siendo el kerosene, un hidrocarburo derivado del petróleo, es un líquido oleaginoso inflamable, de color variado, incoloro, amarillento, rojo o verduzco.

- Presenta un olor característico.

- Insoluble en agua.

- Densidad: 0,80 g/cm3.

- Densidad de vapor: 4,5 g/cm3.

- Presión de vapor: 0,5mm de Hg a 20°C.

- Punto de Congelación: -18°C.

Propiedades químicas: Es una mezcla compleja de cientos de compuestos diferentes, en su mayoría son los hidrocarburos compuestos los que contienen átomos de carbono e hidrógeno, formando moléculas de hasta 50 átomos de carbono las que muestran cantidades mínimas de azufre, nitrógeno, oxígeno y metales pesados, que no se hallan en estado libre sino formando parte de las moléculas de los hidrocarburos.

Comparación de rango de números de carbonos y punto de ebullición

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Benceno: El benceno es un hidrocarburo aromático de fórmula molecular C6H6, (originariamente a él y sus derivados se le denominaban compuestos aromáticos debido a la forma característica que poseen). En el benceno cada átomo de carbono ocupa el vértice de un hexágono regular, aparentemente tres de las cuatro valencias de los átomos de carbono se utilizan para unir átomos de carbono contiguos entre sí, y la cuarta valencia con un átomo de hidrógeno El benceno es un líquido incoloro y muy inflamable de aroma dulce (que debe manejarse con sumo cuidado debido a su carácter cancerígeno), con un punto de ebullición relativamente alto

Propiedades físicas Propiedades químicas

-Apariencia Incoloro -Solubilidad en agua1,79

-Densidad 878.6 kg/m3; 0,8786 g/cm3 -Momento dipolar 0 D

-Masa molar 78,1121 g/mol

-Punto de fusión 278,6 K (5 °C)

-Punto de ebullición 353,2 K (80 °C)

-Viscosidad 0,652

Propano: El propano es un combustible de tipo gas el cual consiste en un hidrocarburo alifático que dispone de tres átomos de carbono. Este gas, que deriva del petróleo, cuenta con diversas utilizaciones en el ámbito de la industria e incluso a nivel hogareño.

Propiedades químicas: Con fórmula química C3H8, el propano forma parte de los alcanos ya que dispone únicamente de átomos de hidrógeno y de carbono vinculados a través de enlaces simples

-Solubilidad en agua 80 mg/l a 20 °C

-Momento dipolar 0.08 D

Propiedades físicas: Inodoro e incoloro, el propano fue parte de las sustancias volátiles presentes en la gasolina. Diversos científicos comenzaron a trabajar entonces en procesos para licuar el gas y convertirlo en un combustible útil, susceptible de ser comercializado.

-Apariencia Incoloro

-Densidad 1.83 kg/m3; 0,00183 g/cm3

-Masa molar 44 g/mol

-Punto de fusión 85,5 K (-188 °C)

-Punto de ebullición 231,05 K (-42 °C)

-Temperatura crítica 367,15 K (94 °C)

-Viscosidad 0.2 cP (-40 ºC)

-Índice de refracción (nD) 1.3407 (-42 ºC)

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Butano : El butano proviene de la refinación del petróleo el cual es un gas este también llamado n-butano, es un hidrocarburo saturado, parafínico o alifático, inflamable, gaseoso que se licúa a presión atmosférica a -0,5 °C, formado por cuatro átomos de carbono y por diez de hidrógeno, cuya fórmula química es C4H10. Como es un gas incoloro e inodoro, en su elaboración se le añade un aromatizante (generalmente un mercaptano) que le confiere olor desagradable. Esto le permite ser detectado en una fuga, porque es altamente volátil y puede provocar una explosión

En caso de extinción de un fuego por gas butano se emplea dióxido de carbono (CO2), polvo químico o niebla de agua para enfriar y dispersar vapores.

Propiedades físicas Propiedades químicas

Apariencia Incoloro Solubilidad en agua 6,1 mg/100 mL H2O

Densidad 2.52 kg/m3; 0.00252 g/cm3

Masa molar 58,08 g/mol

Punto de fusión 134,9 K (-138 °C)

Punto de ebullición 272,7 K (0 °C)

Temperatura crítica 425 K (152 °C)

Viscosidad 0.0074 cP (20 ºC)

Índice de refracción (nD) 1.3326 (20 ºC)

Formula química del butano

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Metano: Es un combustible de tipo gas el cual es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4.Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace Covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro, inodoro e insoluble en agua. En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de las plantas. Este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Muchos microorganismos anaeróbicos lo generan utilizando el CO

Constituye hasta el 97 % del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo.

Propiedades físicas

Densidad 0.717 kg/m3; 0,000717 g/cm3

Masa molar 16,04 g/mol

Punto de fusión 90,6 K (-183 °C)

Punto de ebullición 111,55 K (-162 °C)

El Gas Natural: es un combustible gaseoso que constituye una importante fuente de energía fósil liberada por su combustión. Es una mezcla de hidrocarburos gaseosos ligeros que se extrae, bien sea de yacimientos independientes (gas libre), o junto a yacimientos petrolíferos o de carbón (gas asociado a otros hidrocarburos y gases). 1Como fuentes adicionales de este recurso natural, se están investigando los yacimientos de hidratos de metano, que podrían suponer una reserva energética superior a las actuales de gas natural

Composición

Su principal especie química es el gas metano al 79 - 97 % superando comúnmente el 90 - 95 % Contiene, además otros gases como etano (0,1 - 11,4 %), propano (0,1 - 3,7 %), butano (< 0,7 %), nitrógeno (0,5 - 6,5 %), dióxido de carbono (< 1,5 %), impurezas (vapor de agua, derivados del azufre) y trazas de hidrocarburos más pesados, mercaptanos, gases nobles, etc.

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PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Fórmula molecular CH4

Peso molecular mezcla 18,2

Temperatura de ebullición a 1 atmósfera -160,0 °C

Temperatura de fusión -180,0 °C

Densidad de los vapores (Aire =1) a 15,5 0,61

Densidad del líquido (Agua=1) a 0°/4 °C 0,554

Relación de Expansión 1 litro de líquido se convierte en 600 litros de gas

Solubilidad en agua a 20 °C Ligeramente soluble (de 0,1 a 1,0%)

Apariencia y color Incoloro, insípido y con ligero olor a huevos podridos

GLP (gas licuado del petróleo): El gas licuado del petróleo (GLP) es la mezcla de gases licuados presentes en el gas natural o disuelto en el petróleo. Los componentes del GLP, aunque a temperatura y presión ambientales son gases, son fáciles de licuar, de ahí su nombre. En la práctica, se puede decir que los GLP son una mezcla de propano y butano El propano y butano están presentes en el petróleo crudo y el gas natural, aunque una parte se obtiene durante el refinado de petróleo,

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Poder calorífico:

Poder calorífico es la cantidad de calor liberado cuando un combustible se quema por completo

en un proceso de flujo estacionario y los productos vuelven a el estado de los reactivos

dependiendo de la fase del H2O en los productos.

Poder calorífico superior:

El poder calorífico superior (PCS), es la cantidad total de calor desprendido en la combustión

completa del combustible cuando el vapor de agua originado en la combustión está condensado.

Así pues, se contabiliza el calor desprendido en este cambio de fase.

Poder calorífico inferior:

El poder calorífico inferior(PCI), es la cantidad total de calor desprendido en la combustión

completa de combustible sin contar la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua

de la combustión, ya que no se produce cambio de fase, sino que se expulsa en forma de vapor.

Los poderes caloríficos se relacionan por medio de:

Donde m es la masa de H2O en los productos por unidad de masa de combustible y “h” es la

entalpia de evaporización del agua a la temperatura especificada.

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Tabla con los diferentes valores de los distintos tipos de combustibles:

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Aire en la combustión

El aire en la combustión es sumamente importante ya que nos proporciona el oxígeno (Comburente) necesario para la combustión, ya que sin este nada puede arder. 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.Para que se produzca la combustión se necesita oxígeno, el cual se encuentra en el aire, el que desperdiciando los gases que se encuentran en pequeña proporción, está constituido por 23 % de oxígeno y 77% de nitrógeno.La reacción del combustible con el oxígeno (RAC) origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, gases de combustión o humos. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxígeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por ende el nitrógeno del aire pasará completamente a los productos de combustión sin reaccionar.

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Triángulo de fuego: describe los tres elementos necesarios para generar el fuego

Productos de la combustión

Las reacciones químicas que se utilizan en el estudio de las combustiones técnicas tanto si se

emplea aire u oxígeno, son muy simples y las principales son:

-C + O2 → CO2

-H2 + 1⁄2 O2 → H2O(g)

-S + O2 → SO2

-SH2 + 3⁄2 O2 → SO2 + H2O

-CO + 1⁄2 O2 → CO2

Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la

reacción se encuentran:

-Dióxido de Carbono (co2): no es toxico, aunque en grandes cantidades podría calentar la

atmosfera a una temperatura que fundiera los hielos de los polos; eso causaría que muchas

ciudades cercanas a las costas desaparecieran

-Vapor de Agua: El vapor de agua es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del

agua líquida o por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro.

Muy enrarecido, el vapor de agua es responsable de la humedad ambiental. En ciertas

condiciones, a alta concentración, parte del agua que forma el vapor se condensa y se forma

niebla o, en concentraciones mayores, nubes.

-Dióxido de Azufre: El dióxido de azufre es un óxido cuya fórmula molecular es SO2. Es un gas

incoloro con un característico olor asfixiante. Se trata de una sustancia reductora que, con el

tiempo, el contacto con el aire y la humedad, se convierte en trióxido de azufre. La velocidad de

esta reacción en condiciones normales es baja.

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-Nitrógeno gaseoso: El nitrógeno es un gas incoloro, inodoro, insípido e inerte por lo general (no

reactivo).

-Oxigeno gaseoso: es una molécula diatómica compuesta por dos átomos de oxígeno. Es un gas

(en condiciones normales de presión y temperatura) incoloro, inoloro e insípido.

-Monóxido de Carbono (co): gas incoloro y toxico formado por la combustión incompleta de

carbono. Los motores mal carburados generan exceso de CO.

-Hidrogeno gaseoso (H2): es una molécula diatónica compuesta por dos átomos de hidrógeno; a

temperatura ambiente es un gas inflamable, incoloro e inodoro.

-Carbono en forma de hollín: Se llama hollín a las partículas sólidas de tamaño muy pequeño,

desde unos 100 nanómetros (100 nm) hasta 5 micras (5 μm) como máximo compuestas

prácticamente de carbón puro.

Toxicidad de los gases de escape de los motores de combustión interna y formas para reducirla.

Se llaman sustancias tóxicas a las que ejercen influencia nociva sobre el organismo humano y el

medio ambiente. Durante el trabajo de los MCI (motores de combustión interna) de émbolo se

desprenden las siguientes sustancias tóxicas principales: óxidos de nitrógeno, aldehídos, hollín,

hidrocarburos, monóxido de carbono, sustancias cancerígenas (bencipireno), compuestos de

azufre y plomo. Además de los gases de escape de los MCI, otras fuentes de toxicidad son

también los gases del cárter y la evaporación del combustible a la atmósfera. Inclusive en un

motor bien regulado la cantidad de elementos tóxicos que se expulsan durante su

funcionamiento puede alcanzar los siguientes valores:

Componentes tóxicos Motores Diésel Motores con carburador

Hollín/ mg/l 0.3 0.05

Monóxido de carbono, % 0.2 6

Óxidos de nitrógeno. % 0.35 0.45

Hidrocarburos, % 0.04 0.4

Dióxido de azufre, % 0.04 0.007

Tabla 1. Compuestos emitidos al medio ambiente durante la combustión en los MCI

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De este modo, la toxicidad de los motores Diésel depende en lo principal del contenido de los

óxidos de nitrógeno y el hollín. La toxicidad de los motores de encendido por chispa y carburador

depende en gran medida de la concentración del monóxido de carbono y de los óxidos de

nitrógeno

RAC Molar (Relación aire combustible molar)

La relación existente entre los moles de aire y la moles de combustible suministrada al proceso

de combustión y se expresa por:

Rac Molar =Molesdeaire

Molesdecombustible

RAC Másica (Relación aire combustible másica)

La relación existente entre la masa de aire y la masa de combustible suministrada al proceso de

combustión recibe el nombre de relación de aire/combustible, y se expresa por:

Rac Másica =Masade aire

Masade combustible

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Coeficiente lambda:

El factor lambda comúnmente designado con la letra griega "λ" designa la proporción aire /

combustible (en peso) en forma de mezcla que entra al cilindro de un motor de ciclo Otto ,

comparada con la proporción estequiometrica de la mezcla ideal, de 14,7 partes de aire en peso

por 1 parte de combustible en peso (normalmente gasolina).

Requerimientos según condiciones

Cuando se arranca el motor en frío y cuando se desea una aceleración franca, se ajusta mezcla

rica. Cuando se desea mínimo consumo, con el motor ya caliente, se ajusta mezcla pobre. En el

ralentí también es conveniente una mezcla un poco más rica para vencer las resistencias

internas del motor.

En los motores alternativos de ciclo Otto de aviación, las grandes variaciones en la densidad del

aire con la altura requieren un ajuste de mezcla manual. Este se monitoriza con la temperatura

de los gases de escape (EGT).

Desarrollo tecnológico

En la época del carburador, en el automóvil y la motocicleta, estos ajustes se lograban mediante

la trampilla de arranque en frío mejor conocida como ahogador y la bomba de aceleración para

obtener mezcla rica. La mezcla pobre se lograba mediante el econostato, un tubo con orificios

calibrados consecutivo al surtidor o calibre de alta, llamado tubo mezclador ubicado en el

sistema de marcha mínima de carburador.

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Desde que existe la inyección electrónica de combustible, los ajustes se logran aumentando o

disminuyendo el tiempo de inyección básico que es controlado por una unidad de control

electrónico denominada ECM por sus siglas en inglés (Engine Control Module) que recibe

información de ciertos sensores que le informan las RPM del motor y el caudal de aire de

admisión, temperatura del líquido refrigerante del motor, y la posición de la mariposa o válvula de

aceleración. Alimentado el ECM con esta información, éste determina qué tiempo de inyección

es el más apropiado en función de las condiciones de temperatura y carga del motor.

Con la introducción del catalizador, el factor lambda se mantiene en valores muy cercanos a 1

con objeto de obtener el máximo rendimiento del motor con el menor % de emisiones

contaminantes, gracias a la utilización de la sonda lambda mejor conocida como sensor de

oxígeno, la cual está detectando permanentemente el valor del oxígeno residual de la

combustión, en los gases de escape, enviando esta señal al ECM para también, además de los

otros componentes mencionados, ajustar el tiempo de inyección básico de modo permanente.

El factor lambda mide cuan cerca estamos de la proporción estequiométrica ideal (lambda es la

letra griega equivalente a nuestra “L”, y se escribe λ). Si todo está bien, entonces λ = 1. Si hay

demasiada gasolina, entonces tendremos un valor menor, λ < 1. Si no hay suficiente gasolina en

la mezcla, es decir sobra aire, entonces el valor aumentará, λ > 1.

¿Y cómo sabe nuestro vehículo si la composición de la mezcla es la ideal? Lo que hace es

analizar el gas resultante de la combustión, antes de que pase por el catalizador, mediante la

sonda λ. La sonda se encarga de mantener la centralita que controla la inyección de nuestro

vehículo informada de la composición del gas.

Si hay demasiado combustible sin quemar, la centralita responde empobreciendo la mezcla. Si

detecta que hay un exceso de aire, la enriquece. La sonda λ es muy sensible, es capaz de

detectar desviaciones muy pequeñas de la composición ideal. De esta forma, nuestro motor es

capaz de corregir muy rápidamente la composición de la mezcla, permitiendo que el catalizador

funcione a las mil maravillas y reduzca nuestra pesada huella sobre el medio ambiente.

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Tipos de combustión:

Existen varios tipos de combustión entre ellos encontramos dos:

A) Combustión con exceso de aire:

Es la cantidad de aire en exceso con respecto al teórico o requerido para una combustión

completa. Para su cálculo pueden emplearse las siguientes expresiones equivalentes:

% de exceso de aire = (O2 que entra al proceso - O2 requerido/O2 requerido) x 100

% de exceso de aire = (O2 de exceso / O2 de entrada - O2 de exceso) x 100

Para los cálculos de aire teórico y aire en exceso deben tenerse en claro los siguientes

conceptos:

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El aire teórico requerido para quemar una cierta cantidad de combustible no depende de la

cantidad que realmente se quema. El combustible puede reaccionar parcialmente y puede

quemarse parcialmente para formar CO y CO2 pero el aire teórico es aquel que se requeriría

para reaccionar con todo el combustible para formar solo CO2

El valor del porcentaje de aire en exceso depende solo del aire teórico y de la velocidad de

alimentación de aire y no de cuanto O2 se consume en el reactor o bien de que la combustión

sea completa o parcial.

Composición en base seca o análisis de Orsat.- Es la composición de todos los gases que

resultan del proceso de combustión sin incluir el vapor de agua.

Composición en base húmeda.- Es la composición de todos los gases que resultan del

proceso de combustión incluyendo el vapor de agua.

Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles

en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los

gases de combustión.

La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar

completamente el combustible disponible en el proceso

Combustión con déficit 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.

La Falta de aire significa que hay presencia de CO, ya que falta oxígeno para oxidar totalmente el CO a CO2. Este CO que está presente cuando hay falta de aire ¡es extremadamente peligroso cuando sale de la instalación debido a su toxicidad.

A medida que disminuye la insuficiencia de aire, es decir, aumenta la concentración de O2, el volumen de CO desciende como consecuencia de la oxidación para formar CO2 y el volumen de CO2 aumenta en la misma proporción. Este proceso se completa a λ=1 o ligeramente por encima de éste, el CO es casi cero y el CO2 alcanza su valor máximo.

El oxígeno no está presente en este rango, o no es medible, ya que todo oxígeno adicional se usa inmediatamente para oxidar el CO.

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Proceso real y teórico de la combustión

En la combustión cualquier material que pueda quemarse y liberar energía recibe el nombre de combustible, La gran mayoría de los procesos de generación de energía, implica la utilización dealgunas fuentes de energía, las cuales al combustiones producen reacciones químicas como es el caso de los hidrocarburos.

Todo proceso de combustión implica necesariamente un cambio en la composición de sustancias que intervienen en estos procesos por cuanto se tratan de reacciones químicas.Por lo que debemos ampliar las aplicaciones de las leyes de la termodinámica a estosprocesos con reacciones químicas. La combustión es el proceso térmico de mayor interés práctico por su escala de utilización mundial, siendo a la vez muy fácil de realizar y muy difícil de estudiar.

Ciclo de la combustión teórico estequiometrico

Un proceso completo o teórico de combustión trata sobre si todo el carbono en el combustible se trasforma en CO2 todo el hidrogeno se trasforma en H2O y todo el azufre si es que este lo posee se trasforma en SO2 todos los elementos combustibles son quemados por completo en la combustión así es como trata una combustión teórica o completa con una mezcla estequiometria de aire y combustible en el caso contrario sería una combustión inversa con exceso de algún elemento

Ciclo de la combustión real

Este se manifiesta como un ciclo no tan practico como el teórico ya que al haber otros factores en el proceso este afecta de manera directa la combustión de forma de que este no lleva un proceso completo de combustión este sucede cuando existe exceso de aire o no hay una proporción estequiometrica de sus elementos este no es combustionado de manera perfecta un factor importante es la temperatura exterior eh interior en la que se lleve a cabo la combustión este ciclo mas conlleva a una etapa donde puede no llevarse a cabo una mezcla exacta de los elementos como consecuencia de esto se producen otros elementos no deseados en la combustión

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Conclusión

El trabajo anterior presentado se subdividió en nuestro grupo, lo cual al termino de nuestra presentación relacionamos los temas entre todos integrantes del grupo dando una conclusión final de todo lo que hemos tratado anteriormente la principal idea de este trato sobre los diversos tipos de combustibles en que difirieron en sus cualidades diversas sus aspectos físicos por ejemplo su color entre otras cosas y sus características químicas como su cantidad de átomos de carbonos etc., además de esto se destaca con mucha importancia la combustión sus comienzos y sus avances en la historia sus características que se componen y que es realmente lo que sucede cuando un material es expuesto a una combustión, como reseña importante se da a conocer lo importante que puede llagar hacer todo lo que la combustión genera nos ayuda a un sinfín de cosas en la actualidad desde un automóvil simple a una industria como consecuencia de este sus daños son graves ya sea como al medio ambiente como a la humanidad ya que los restos de la combustión o una combustión mal realizada puede afectar nuestro entorno de esta manera afectando a nuestro ecosistema en fin se han implementado una serie de normas para controlar los fenómenos que produce la combustión como uno que se utiliza en el automóvil para controlar una mala mezcla realizada este es llamado sensor lambda.Además nos pudimos darnos cuenta que la relación aire/combustible (Rac) se puede medir de manera micro y macro ya que puede ser de tipo molar (Micro) medida en Moles y de tipo másica (Macro) medida en unidades de masa.

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Bibliografía:

https://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n www.tipos.co/tipos-de-combustibles/ www.as-sl.com/pdf/coeficiente_lambda.pdf www.edutecne.utn.edu.ar/maquinas_termicas/01-poder_calorifico.pdf http://www.ehowenespanol.com/funcion-del-aire-combustion-respiracion-hechos_54537/ www.ingenieriaquimica.net/foros/4.../19915-libros-de-combustion

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