PRINCIPIOS BASICOS DE COMBUSTION

1. INTRODUCCION.

El hombre aprendió a mantener el fuego durante el paleolítico, posiblemente 600.000 años atrás pero no era capaz de iniciarlo, por lo que dependía de fuentes naturales de encendido, como los rayos, volcanes y combustión espontánea. Le tomo a la humanidad más de 500.000 años descubrir como encender un fuego a voluntad (aproximadamente 30.000 años atrás), lo que realizaba por fricción o percusión.El fuego posiblemente ayudo a la transición del hombre nómada a sedentario. También parece haber sido un requisito para la habitación en cavernas (trogloditas), ya que permitió mantenerlas temperadas. Sin lugar a dudas, favoreció migración a zonas más frías y mejoro la dieta alimenticia al permitirles cocer alimentos, mejorando su aprovechamiento por el sistema digestivo.La combustión ha jugado un papel relevante en el desarrollo tecnológico de la humanidad, por ejemplo en la alfarería, metalurgia, generación de potencia y en procesos químicos. Sin embargo, durante muchos años la naturaleza del fuego no fue comprendida. Inicialmente se le atribuyo características divinas o sobrenaturales, posteriormente motivo fuertemente a estudiosos y científicos.Las necesidades tecnológicas del siglo XX, unidas a la crisis energéticas de 1973 y la contaminación ambiental han promovido un enorme desarrollo del estudio de la combustión. La Industria Aeroespacial y la militar son las que más han avanzado; las sigue la automotriz.En este informe se dará a conocer la definición actual de combustión y daremos ejemplos de cómo se libera energía en dicho proceso.La mayoría de los procesos de combustión liberan energía (casi siempre en forma de calor), que se aprovecha en los procesos industriales para obtener fuerza motriz o para la iluminación y calefacción domésticas. La combustión también resulta útil para obtener determinados productos oxidados, como en el caso de la combustión de azufre para formar dióxido de azufre y ácido sulfúrico como producto final. Otro uso corriente de la combustión es la eliminación de residuos.

Junto con esto se hará una revisión de las principales teorías de combustión.La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor y luz, manifestándose visualmente como fuego. Los tipos más frecuentes de combustible son los materiales orgánicos que contienen carbono e hidrogeno. En una reacción completa todos los elementos tienen el mayor estado de oxidación. Los productos que se forman son el dióxido de carbono (CO₂) y el agua, el dióxido de azufre (SO₂) (si el combustible contiene azufre) y pueden aparecer óxidos de nitrógeno (NOₓ), dependiendo de la temperatura y la cantidad de oxígeno en la reacción. En la combustión incompleta los productos que se queman pueden no reaccionar con el mayor estado de oxidación, debido a que el comburente y el combustible no

están en la proporción adecuada, dando como resultado compuestos como el monóxido de carbono (CO). Además pueden generar cenizas.El proceso de destruir materiales por combustión se conoce como incineración.Para iniciar la combustión de cualquier combustible, es necesario alcanzar una temperatura mínima, llamada temperatura de ignición, que se define como ᵒC y a 1 atm, temperatura a la que los vapores de un combustible arden espontáneamente.Estos límites de inflamabilidad se originan normalmente a ᵒC y a 1 atm. Los aumentos de temperatura y presión reducen los límites inferiores de inflamabilidad por debajo del 1% y aumentan los límites superiores; estos límites pueden ser para algunos combustibles a alta temperatura al 100%. 2. OBJETIVOS Y ALCANCE 2.1 Objetivo principal Describir el proceso de combustión 2.2 Objetivos Específicos

-Señalar los elementos teóricos y conceptuales referentes al entorno del tema de investigación -Describir los equipos requeridos para llevar a cabo el proceso de combustión

2.3 ALCANCE.-

El tema a desarrollarse: PRINCIPIOS BASICOS DE LA COMBUSTION, se quiere impartir un conocimiento básico y claro sobre la combustión, en los estudiantes, con el propósito de que más del 60% tenga un concepto básico de este tema. 3. DESARROLLO/HALLAZGO/RESULTADOS

3.1 DESARROLLO

3.1.1.-Teoría del flogisto

A partir de 1650 el interés por este fenómeno radicaba en la posibilidad de encontrar nuevas aplicaciones al fuego y, `por medio de la máquina de vapor, obligarle a realizar los trabajos duros de la tierra. Este creciente interés llevó a los químicos a una nueva conciencia del fuego.

Según las antiguas concepciones griegas, todo lo que puede arder contiene dentro de sí el elemento fuego, que se libera bajo condiciones apropiadas. Las nociones alquímicas eran semejantes, salvo que se concebían los combustibles como algo que contenía el principio de "azufre" (no necesariamente el azufre real).

En 1702, Georg Ernest Stahl (1660-1734), desarrolló la Georg Ernest Stahl

(1660-1734)

teoría del flogisto para poder explicar la combustión. El flogisto o principio inflamable, descendiente directo del "azufre" de los alquimistas y más remoto del antiguo elemento "fuego" era una sustancia imponderable, misteriosa, que formaba parte de los cuerpos combustibles. Cuanto más flogisto tuviese un cuerpo, mejor combustible era. Los procesos de combustión suponían la pérdida del mismo en el aire. Lo que quedaba tras la combustión no tenía flogisto y, por tanto, no podía seguir ardiendo. El aire era indispensable para la combustión, pero con carácter de mero auxiliar mecánico.

Las reacciones de calcinación de los metales se interpretaban a la luz de esta teoría del siguiente modo: el metal, al calentarse perdía flogisto y se transformaba en su cal. Es precisamente aquí donde falla la teoría del flogisto. ¿Cómo la cal es más pesada que el metal correspondiente, pese a que éste ha perdido flogisto

(University of Pennsylvania. SCETI. Smith

Collection)

El título va aquíLavoisier

3.1.2.- Estudios sobre la combustión. - La labor de Lavoisier sobre la naturaleza de la combustión deriva de modo natural de la que acabamos de referir. Aquí también quema cantidades de material pesadas de antemano; pesa cuidadosamente los productos, y de sus resultados llega a sacar conclusiones muy trascendentales. El 1° de noviembre de 1772 entregó al secretario de la Academia una nota sellada, que decía como sigue

“Hace ocho días descubrí que el azufre, al arder, lejos de perder peso, más bien lo gana; es decir, que de una libra de azufre puede obtenerse más de una libra de ácido vitriólico, lo que se consigue gracias a la humedad del aire. Es lo mismo que en el caso del fósforo. El aumento de peso proviene de la prodigiosa cantidad de aire que se fija durante la combustión y se mezcla a los vapores.Este descubrimiento a que he llegado mediante experimentos que considero decisivos, me induce a creer que lo que se observa en la combusti6n del azufre y el fósforo puede del mismo modo suceder en el caso de todos aquellos cuerpos que aumentan de peso en la combustión o calcinación. Estoy persuadido de que a las mismas causas se debe el aumento de peso de los residuos fijos metálicos. Los experimentos han confirmado plenamente mis conjeturas. He reducido litargirio en vasijas cerradas empleando el aparato de Hales, y he observado que se desprende una cantidad considerable de aire en el preciso momento en que el litargirio se convierte en metal, y que este aire ocupa un volumen mil veces mayor que la cantidad de litargirio empleado.

3.1.3.- Teoría de la combustión. - Por lo expuesto se ve claramente que Lavoisier se daba perfecta cuenta de las consecuencias importantes que podrían sobrevenir si la combustión resultaba ser, realmente, la unión de la sustancia que ardía con el aire o algún elemento que el aire encerrase. Desde entonces un experimento sucede

rápidamente a otro, y en otoño de 1774 Lavoisier publica su trabajo sobre la calcinación del estaño. Toma una parte del metal pesada de antemano, la mete en un frasco también pesado y suficientemente grande para contener una cantidad considerable de aire, cierra el frasco a la lámpara y calienta el todo hasta que el metal queda visiblemente bien calcinado. Después de enfriamiento comprueba que el sistema no ha perdido ni ha ganado peso, y entonces rompe la punta del frasco. Al precipitarse el aire en su interior, revela un vacío parcial, y Lavoisier advierte que el peso del frasco ha aumentado exactamente en la misma cantidad que el estaño, demostrándose con ello que la calcinación consiste en una cesión de gas del aire al estaño. Descubre también más tarde que, cuando se emplea una cantidad suficiente de estaño, queda un aire que no calcinará ya más estaño, y de esto deduce que sólo una porción de aire reacciona durante la combustión. Más adelante todavía en el mismo año, después de los primeros experimentos de Priestley, calienta mercurio en un volumen limitado de aire hasta que se ha formado una considerable cantidad de óxido rojo y repara en la disminución de volumen del aire hasta que, finalmente, alcanza su grado máximo. Después, como Priestley, calienta sólo el óxido de mercurio y determina con precisión las propiedades del desprendido y el vigor con que alimenta la combustión.

En 1777 resume su teoría de la combustión en las cuatro proposiciones siguientes

1. En toda combustión se desarrollan luz y calor.2. Los cuerpos arden únicamente en un aire eminentemente puro o principio atmosférico (éste fue el nombre que Lavoisier dió primero al oxígeno).3. Este último se consume con la combustión, y el aumento de peso de la sustancia quemada es igual a la perdida de peso que experimenta el aire.4. Mediante el proceso de la combustión, la sustancia combustible se transmuta generalmente en ácido; sin embargo, los metales se calcinan.

3.1.4.- PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA COMBUSTIÓN Cuando dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno participan en la combustión, una molécula de agua se forma. Esta es la forma más común para describir este proceso, porque el oxígeno por lo general viene en unidades de paquetes, o moléculas diatómicas, conteniendo dos átomos de oxígeno. la cantidad de calor liberado en este caso es dos veces tan grande como sólo un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno se utilizan Combustión perfecta, si el oxígeno suministrado es demasiado (exceso de aire), se dice que la mezcla es pobre y que el fuego se oxida. esto da como

resultado una llama que tiende a ser más corta y clara. el exceso de oxígeno no juega ningún papel en el proceso. por ejemplo, si cuatro átomos de oxígeno (en lugar de dos) se mezclan con un átomo de carbono, dos átomos de oxígeno sobrarian. si el combustible suministrado resulta ser demasiado (o no suficiente) decimos que la mezcla es rica y que el fuego se está reduciendo. (esto se traduce en una llama que tiende a estar mas tiempo) esto se llama de combustión incompleta, es decir, todas las partículas de combustible se combinan con un poco de oxígeno, pero no puede obtener suficiente por ejemplo, si se mezclan dos átomos de carbono (en lugar de uno) con dos átomos de oxígeno, los átomos de carbono pueden compartir el oxígeno disponible, pero no tiene suficiente para convertirse en dióxido de carbono. sino que pueden formar monóxido de carbono (CO) un compuesto que se quema a dióxido de carbono si se administra más oxígeno después. Intensidad de combustión.- Se refiere a la cantidad de energía liberada en la combustión por unidad de tiempo, esta se relaciona con la velocidad de la llama. A medida que aumenta la velocidad, la intensidad de combustión se hace mas grande. Es el calor adsorbido de los gases de combustión a medida que estos son enfriados desde la temperatura de la llama hasta una temperatura dada de los gases de combustiónCantidades de calor se mide en BTU. watt. Segundos, kilocalorías, o julios Calor disponible de combustible Es el calor liberado por la combinación química de un combustible con aire calienta los productos de la combustión y la mezcla de combustible-aire entrante. Se irradia a los alrededoreses llevado por contacto directo con el entorno. Temperatura de flama los valores bruto y neto de los combustibles simples la disociación es simplemente combustión inversa, es decir, es la descomposición de los productos de la combustión en combustibles y el oxígeno de nuevo, este proceso absorbe el calor que estaba originalmente liberado por la combustión. Calor + CO2 --------------CO + 1/2 O2 + H2O calor + H2O ---------------H2 + 1/2 O2 Disociación.- A mayor temperatura, mayor es la tendencia a disociar Comparación de algunas temperatura de llama.- Es un proceso químico de oxidación que libera importantes cantidades de energíaCombustión.- Una mezcla de aire y combustible demasiado rica (demasiado combustible para el peso de aire) puede provocar:Un consumo excesivo, lo cual significa un mayor costo de producciónFuncionamiento irregular del quemador, lo cual puede llevar a que no desarrolle toda su potencia.Temperatura de operación mas baja de lo deseable.una mezcla demasiado pobre (combustible escaso para el peso del aire) puede producir:Pérdida de potencia.La temperatura alcanza niveles indeseables.La posibilidad de producción de CO y SOx incrementa

3.1.5.-E l tetraedro del fuego

La combustión se puede caracterizar por cuatro componentes :EL COMBUSTIBLE ,LA AGENTE OXIDANTE(comburente),EL CALOR Y LA REACCION QUIMICA, a esto se le conoce como el tetraedro del fuego y se simboliza clásicamente mediante el sólido de cuatro caras . Los incendios se pueden evitar suprimiendo o eliminando una de estas caras del tetraedro.●COMBUSTIBLE. Un combustible es cualquier sustancia que experimenta combustión. La mayoría de los combustibles son orgánicos, que contienen carbono y una combinación de hidrogeno y oxígeno en distintas proporciones algunos ejemplos son: la madera, plástico, gasolina, alcohol y gas natural. Entre los combustibles inorgánicos

que son los que no contienen carbono tenemos: a los metales combustibles como magnesio y sodio.La combustión de un combustible sólido o líquido tiene lugar sobre su superficie, algunos materiales solidos pueden sufrir una reacción de carbonización cuando el oxígeno reacciona directamente con el material. A veces la carbonización acaba en llamas, pero en otras ocasiones continua así hasta el final del incidente.Los combustibles gaseosos no requieren que se produzcan o pirolisis antes de la combustión. Solo son necesarias la mezcla del combustible con el aire y la presencia de una fuente de ignición.●AGENTE OXIDANTE. El agente oxidante o comburente es el oxigeno de la atmosfera de la tierra. Se puede producir incendios en ausencia del oxígeno atmosférico si lo combustibles se mezclan con oxidantes químicos. Muchos oxidantes químicos contienen oxigeno que se libera fácilmente. Por ejemplo: el nitrato de amónico (abono), nitrato potásico y el peróxido de nitrógeno.Hay que observar que ciertos gases pueden formar mezclas inflamables en atmosferas distintas a las del aire u oxígeno, por ejemplo una mezcla de hidrogeno y cloro gaseoso. Para que la combustión tenga lugar, el vapor o gas combustible y el oxidante se deben mezclar en una relación adecuada. A medida que aumenta la distancia de la fuente combustible, disminuye la concentración de vapores y productos de la pirolisis.● EL CALOR. Representa la energía calorífica por encima del nivel mínimo necesario para liberar vapores combustibles y causar la ignición. E l calor se define normalmente en términos de intensidad o velocidad de calentamiento, o como energía calorífica total producida durante un tiempo.● REACCION QUIMICA. La combustión en un conjunto complejo de reacciones químicas que produce la oxidación rápida de un combustible dando lugar a calor, luz y a distintos subproductos.La oxidación lenta, coma los metales o el amarilleo del papel de periódicos, produce tan poco calor que no da lugar a la combustión. La combustión de los sólidos se puede producir mediante dos mecanismos: llamas y brasas. La combustión con llama tiene lugar en la fase gaseosa o de vapor de un combustible. La combustión de brasas 0 sin llama es un fenómeno de combustible superficial con combustibles sólidos que produce una menor liberación de calor y no produce llama visible.Los incendios por brasas sufren con frecuencia una transición a combustión con llama, una vez producida la energía total suficiente o si aparece una corriente de aire que acelera la combustión.3.1.6.-Trasmision de calor. La transmisión de calor es un factor importante en los incendios que afecta a la ignición, desarrollo, propagación, disminución y extinción La transmisión de calor se realiza mediante tres mecanismos: conducción, convección y radiación.Los tres tienen un papel muy importante en el desarrollo de un incendio, por lo que es necesario saber que significa cada uno de estos.CONDUCCION. La conducción es la forma de transmisión de calor que tiene lugar en los sólidos cuando se calientan una parte del objeto. La energía se transmite desde la zona

caliente hasta la que no lo está, a una velocidad que depende de la diferencia de temperatura y de las propiedades físicas del material. Los metales tienen una alta conductividad térmica, mientras que los plásticos y vidrios tienen una baja conductividad térmica.CONVECCION. La convección es una transmisión de energía calorífica por el movimiento de líquidos o gases calientes desde la fuente de calor a una parte más fría en su entorno.El calor se transmite por convección a un sólido cuando pasan gases calientes sobre superficies más frías. La velocidad de transmisión de calor a un sólido depende de la diferencia de temperatura, el área de la superficie expuesta a los gases calientes y la velocidad de estos gases.Cuando mayor sea la velocidad de estos gases, mayor será la transmisión de convección.RADIACION. Es la transmisión de energía calorífica desde una superficie caliente a otra más fría mediante ondas electromagnéticas, sin que haya un medio entre una y otra. La energía radiante solo puede ser transmitida en línea recta.La velocidad de transmisión del calor radiante depende en gran medida de la cuarta potencia de la diferencia de temperatura absoluta entre el radiador y el objeto frio, si se duplica la temperatura absoluta del objeto más caliente sin que varíe la del mas frio, se produce un aumento de la radiación entre ambos objetos. IGNICION. Para que ardan la mayoría de los materiales, deben encontrarse en estado gaseoso o de vapor. Muy pocos materiales pueden arder directamente en estado sólido con llama, como algunas formas de carbono y magnesio.Para que el combustible alcance su temperatura de ignición, la velocidad de transmisión de hasta el mismo debe ser superior a la conducción de calor o a través de combustible y a las pérdidas de radiación y convección.IGNICION DE COMBUSTIBLES SOLIDOS. Para que los combustibles sólidos ardan con llama, la sustancia debe estar fundida y vaporizada (como los termoplásticos) o pirolizada en gases o vapores (como la madera o los plásticos termoenducidos).IGNICION DE COMBUSTIBLES LIQUIDOS. Para que los vapores de un líquido formen una mezcla de combustible, el líquido debe estar en o por encima de su punto de inflamación. El punto de inflamación de un líquido es la menor temperatura a la del líquido que desprende vapor suficiente para que se produzca una llama momentánea. El valor de inflamación puede variar según la prueba con que se mida.IGNICION DE COMBUSTIBLES GASEOSOS. Las sustancias combustibles en estado gaseoso tienen un peso muy bajo, por lo que requieren una mínima cantidad de energía para su ignición.AUTOCALENTAMIENTO Y AUTOIGNICION. El autocalentamiento es el proceso por el cual un material aumenta la temperatura sin absolver calor de su alrededor. La mayoría de los materiales orgánicos capaces de unirse al oxígeno, se oxidaran a cierta temperatura crítica, dependiendo de la evolución del calor. Por ejemplo las grasas sólidas, los aceites de los animales y vegetales.No se puede producir el autocalentamiento y la autoignicion de materias tales como aceites de motor o lubricantes. Algunas materias inorgánicas como ciertos polvos

metálicos, pueden experimentar autocalentamiento y autoignicion en determinadas condiciones Hay tres factores que influyen o hacen que se produzca el autocalentamiento y autoignicicion

a) LA CANTIDAD DE CALOR GENERADA. Para que se produzca autoignicion la cantidad de calor generada por el material que se autocalienta debe ser mayor que la cantidad de calor que se disipa o transmite a su entorno inmediato.

b) LOS EFECTOS DE VENTILACION. Para que se pueda producir la autoignicion, debe haber aire suficiente que permita la oxidación, pero no tanto que el calor se transmita por convección tan rápidamente como se genera.

c) POR EFECTOS AISLANTES DE LOS MATERIALES QUE HAY ALREDEDOR. El trapo empapado de aceite de linaza en el fondo de un cubo de basura aislado por el mismo trapo y por el cubo. Este efecto aislante hace que el calor se conserve dentro de la materia y no se transmita tan rápidamente a su entorno inmediato.

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3.1.7.-Reacción de Combustión

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente mas habitual.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

Las reacciones químicas que se utilizan en el estudio de las combustiones técnicas tanto si se emplea aire u oxigeno, son muy sencillas y las principales son:

C + O2 → CO2

CO + 1⁄2 O2 → CO2

H2 + 1⁄2 O2 → H2O

S + O2 → SO2

SH2 + 3⁄2 O2 → SO2 + H2O

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

CO2 : Dióxido de Carbono

H2O : Vapor de Agua

N2 : Nitrógeno gaseoso

O2 : Oxigeno gaseoso

CO : Monóxido de Carbono

H2 : Hidrogeno gaseoso

Carbono en forma de hollín

SO2 : Dióxido de Azufre

La unión química del carbono con el oxígeno se efectúa de acuerdo con las leyes fijas y obedecen a la siguiente expresión:

C +O2→CO2

1+1→ 1 (en moles)12+32→44 (en peso)

Esta expresión señala que 1peso molecular de carbono reacciona con 1peso molecular de oxígeno para producir 1 peso molecular de anhídrido carbónico.

3.1.7.1.-Tipos de combustión

a) Combustión completa

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción.

A CONTINUACION REACCION QUIMICA DEL METANO CUANDO ESTA SE COMBUSTIONA COMPLETAMENTE

CH4 2O2 → CO2 2H2O

b) Combustión incompleta

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción. AHORA LA REACCION QUIMICA DE METANO PERO CUANDO ESTA SUBRE COMBUSTION INCOMPLETA:6CH4 + 9O2 →2C + 2CO + 2CO2 + 12H2O

c) Combustión estequiométrica o teórica

Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción.

d) Combustión con exceso de aire

Es 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. 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.

e) 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

3.1.7.2.-Relación nitrógeno-oxigeno

El oxígeno necesario para la combustión es captado del aire atmosférico, por ser la fuente industrial más barata e inagotable. Al oxigeno del aire le acompaña una gran cantidad de nitrógeno, puesto que no es sencilla la separación de ambos. El nitrógeno no interviene en la combustión solo constituyendo solo una pérdida de calor.Aun cuando el aire es una mezcla de varios gases: oxigeno nitrógeno, etc. como regla de cálculo se supone que todos los constituyentes, a excepción del oxígeno, se consideran como porcentaje de nitrógeno en la mezcla; y por lo tanto el aire se halla constituido por 21%de oxígeno y 79% de nitrógenoLa relación molar entre el nitrógeno y el oxígeno del aire es igual que su relación volumétrica, ya que ambos son gases se hallan a la misma temperatura. Por tanto:Moles N2 ∕Moles de O2 = 79% ∕ 21% =3.76Esta relación establece que por cada mol de oxígeno en el aire existen 3.76 moles de nitrógenoRelaciones estequiometricasLa reacción de combustión del carbono en el aire, de acuerdo a los moles y a los pesos moleculares de los elementos que interviene, es la siguiente:C + O2 + 3.76 N2 → CO2 + 3.76 N2

1 + 1 + 3.76 → 1 + 3.76 (en moles)12 + 32 + 3.76 (28.2) → 44 + 3.76 (28.2) (en peso)Dividiendo entre el peso molecular del carbono, a fin de simplificar las relaciones: 1 + 2.667 + 8.84 → 3.667 +6.84 (en peso)Combustible aire productosEl aire requerido para la combustión será:2.667 + 8.84 =11.5 kg aire/ kg carbono

La relación estequiometria de combustión del hidrogeno en el aire es:2H2 + O2 + 3.76 N2 → 2H2O + 3.76 N2

2 + 1 + 3.76 → 2 + 3.76 (en moles)2(2) + 32 + 3.76 (28.2) → 2(18) + 3.76 (28.2) (en peso)Dividiendo entre 4: 1 + 8 + 26.5 → 9 + 26.5

(en peso) Combustible aire productosPor lo que el aire requerido será:8 + 26.5 = 34.5 kg aire/ kg de hidrogeno

La combustión del azufre en el aire queda representada por la siguiente relación: S + O2 + 3.76 N2 → SO2 + 3.76N2

1 + 1 + 3.76 → 1 + 3.76 (en moles) 32 + 32 + 3.76 (28.2) → 64 + 3.76 (28.2) (en peso)Dividiendo entre 32:

1 + 1 + 3.32 → 2 + 3.32 (en peso)

Combustible aire productos

El aire requerido por kg de azufre es:1 + 3.32 = 4.32 kg aire/kg de azufre

3.1.8.-Equipos para el proceso de combution.-

CALDERA

La caldera está sometida a cambios de temperatura dependientes de la cantidad de fuego que en cada momento alberga el hogar, lo que trae como consecuencia que aquella se contraiga y se dilate en función de los cambios que en ella se efectúen. Es por ello que el hogar esta colgado para permitir la dilatación longitudinal de las paredes del hogar. Esto obliga a conectar el cenicero y el hogar mediante un sistema que permita este movimiento , como el cenicero está anclado en el suelo, el referido sistema consiste en un cierre hidráulico, que permite el alargamiento hacia abajo de la caldera, a la vez que la aísla del exterior evitando entradas anormales de aire

HORNOS: La elección de tipo de horno, su capacidad, tipo de calefacción y forma de operar, debe siempre realizarse mediante un estudio técnico-económico, optimizando el diseño para adecuarlo al objetivo. Debe procurarse que el horno se utilice exclusivamente para realizar las operaciones para las que se ha diseñado.

Los hornos se aplican en un gran número de procesos. CAMARA DE POST-COMBUSTION:

El principio de funcionamiento de estos equipos se basa en la oxidación de los compuestos inquemados por combustión a altas temperaturas con gran exceso de aire, quemando los humos, que desaparecen en forma de gases no contaminantes. El funcionamiento es continúo. La cantidad de oxígeno presente en los gases de salida puede ser regulada para adecuarse a las necesidades de oxidación, temperatura o legales.

En el enfriamiento de los humos tiene lugar el aprovechamiento energético normalmente en forma de vapor, que alimenta un grupo turbo alternador.

3.2. HALLAZGOS:

3.2.1.- Obtención de una buena llama

Manipulamos la cortina de entrada de aire en el mechero camping-gas para lograr que la combustión sea máxima, que la llama tenga forma de dardo y que sea más azulada y luminosa. De esta forma el calor liberado en la combustión del gas es máximo.

¡Al fin logramos una buena llama!

En una combustión rica, con mucho aporte de oxígeno, el butano se combina con el oxígeno y se convierte en CO2 y H2O. Los dos son gases y escapan a la atmósfera.

C4 H 10+ 13/2 O2 ———> 4 CO2 + 5 H2O

En química se estudia el calor de combustión a partir de los calores de formación de los componentes de la reacción.

3.2.2.- ¿Qué pasa en una combustión pobre?

Una llama pobre, con poca entrada de aire al mechero, tiene forma vacilante, es de color rojizo (menor temperatura) y más oscura porque contiene muchas partículas de hollín, y produce humos que manchan.

El hollín son partículas de carbono que no se quemaron y no pasaron a gas en forma de CO y CO2.

La llama de un mechero de alcohol es más pobre que la de un mechero de butano.

La mecha es de algodón y prácticamente no se quema a pesar de arder en ella el alcohol.

La combustión pobre de las estufas, calentadores de gas y braseros produce todos los años muchas muertes por intoxicación

3.3. RESULTADOS

3.3.1.-Aplicaciones de las reacciones de combustión

Las reacciones de combustión son muy útiles para la industria de procesos ya que permiten disponer de energía para otros usos y generalmente se realizan en equipos de proceso como hornos, calderas y todo tipo de cámaras de combustión.

En estos equipos se utilizan distintas tecnologías y dispositivos para llevar a cabo las reacciones de combustión.

Un dispositivo muy común denominado quemador, produce una llama característica para cada combustible empleado. Este dispositivo debe mezclar el combustible y un agente oxidante (el comburente) en proporciones que se encuentren dentro de los límites de inflamabilidad para el encendido y así lograr una combustión constante. Además debe asegurar el funcionamiento continuo sin permitir una discontinuidad en el sistema de alimentación del combustible o el desplazamiento de la llama a una región de baja temperatura donde se apagaría.

Los quemadores pueden clasificarse en dos tipos, de mezcla previa o premezcla donde el combustible y el oxidante se mezclan antes del encendido y el quemador directo, donde el combustible y el oxidante se mezclan en el punto de ignición o encendido.

También debe tenerse en cuenta para su operación otros parámetros como estabilidad de la llama, retraso de ignición y velocidad de la llama, los cuales deben mantenerse dentro de los límites de operación prefijados.

Para el quemado de combustibles líquidos, en general estos atomizados o vaporizados en el aire de combustión. En los quemadores de vaporización, el calor de la llama convierte continuamente el combustible líquido en vapor en el aire de combustión y así se auto mantiene la llama.

Para el caso de combustibles gaseosos, se utilizan distintos diseños que pueden ser circulares o lineales con orificios, que permiten la salida del gas combustible y un orificio por donde ingresa el aire mediante tiro natural o forzado.

Es importante comprender que como resultado de una combustión, mediante la operación de estos dispositivos, se pueden producir sustancias nocivas y contaminantes, las cuales deberán ser perfectamente controladas, reduciéndolas a concentraciones permitidas o eliminadas, de acuerdo a la legislación vigente sobre el tema.

4.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1.- CONCLUSIONES

La combustión es una reacción química de oxidación, en la cual generalmente se desprende una gran cantidad de energía, en forma de calor y luz, manifestándose visualmente como fuego. La combustión es una reacción química en la cual un combustible se mezcla con un comburente (que generalmente es el oxígeno del aire) y liberan una gran cantidad de energía, desprendiendo calor, luz y produciendo un oxido.

La combustión se puede caracterizar por cuatro componentes :EL COMBUSTIBLE ,LA AGENTE OXIDANTE(comburente),EL CALOR Y LA REACCION QUIMICA, a esto se le conoce como el tetraedro del fuego y se simboliza clásicamente mediante el sólido de cuatro caras . Los incendios se pueden evitar suprimiendo o eliminando una de estas caras del tetraedro.

Los equipos requeridos en el proceso de combustión, se aplican en un gran

número de procesos dentro de diferentes campos de la industria, donde se transforma la energía química de un combustible en calor que se utiliza para aumentar la temperatura de aquellos materiales depositados en su interior y así llevarles al estado necesario para posteriores procedimientos industriales.

4.2.- RECOMENDACIONES

Las tecnologías de combustión mejorada con oxígeno pueden ayudar a incrementar el rendimiento del horno mediante la sustitución del aire de combustión por oxígeno. Incluso un pequeño aumento de la concentración de oxígeno puede tener un impacto espectacular sobre los procesos en los hornos, especialmente cuando se emplean combustibles de bajo poder calorífico o cuando se mejoran los procesos o se recupera el control de los hornos cuando los dispositivos de recuperación del calor están deteriorados. Mediante la reducción o eliminación del nitrógeno inerte en el horno, se ha demostrado que las tecnologías de combustión mejoradas con oxígeno aumentan la producción, disminuyen el consumo de combustible y reducen las emisiones al tiempo que mantienen o incluso aumentan la calidad del producto.

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6. ANEXOS

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v=SJsAWhcSve4 Obtenida el 24 de noviembre de 2015 https://www.youtube.com/watch?

v=g361D5N6w3U