TERORIA DE LA COMBUSTION

COMBUSTION

Una reaccin qumica es un proceso por el cual dos o ms sustancias,que denominamos reactivos, se transforman en otra u otrassustancias diferentes, a las que denominamos productos.

Una reaccin de combustin es una reaccin en la que una sustanciapura reacciona con el oxgeno, producindose otras sustanciasdistintas y liberndose gran cantidad de energa. A la sustancia quereacciona con el oxgeno la llamamos combustible.

La reaccin de combustin ms sencilla de analizar es la combustindel carbono, que veremos a continuacin.

Combustin del carbono

Toda combustin necesita de la presencia de oxgeno para poder tenerlugar. Pero se necesita, adems, aplicar una pequea fuente de calorpara que se puedan romper los enlaces entre los tomos de carbono;entonces, los tomos de oxgeno atrapan un tomo de carbono y seforma una molcula de dixido de carbono, liberndose gran cantidadde calor y luz.

Combustin del Metano en Oxigeno

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

Combustin del Metano en Aire

CH4 + 2(O2 + 3,76 N2) CO2 + 2H2O + 7,52 N2

donde:

COMBUSTIN

COMBUSTIBLE

Las sustancias que se queman para aprovechar el calor queliberan al reaccionar con el oxgeno del aire se llaman

combustibles.

Los combustibles utilizados para el consumo de energa en elcampo industrial, en transportes y uso domstico, se clasifican enslidos, lquidos y gaseosos.

Minerales Carbn, hulla, coque, antracita,Slidos grafito, lignito, turba, asfaltita.

Vegetales Lea, carbn de lea, bagazo.

Petrleo y Gasolina, kerosene, petrleo,

derivados diesel, etcLquidos

Alcoholes de madera, de cereales, de caa

Gas licuado de petrleo (GLP)

Gaseosos Gas natural

Gas artificialBio-gas

CARBN MINERAL

Es una sustancia dura,de origen mineral, de coloroscuro o casi negro queresulta de ladescomposicin lenta de lamateria leosa de losbosques.

Arde con dificultad encomparacin con el carbnde lea, pero tiene mayorpoder calorfico que ste.

PETRLEO

Es un lquido aceitoso,menos denso que el agua, decolor oscuro y olor fuerte, quese encuentra formandomanantiales en el interior dela tierra.

El petrleo viene a ser unamezcla de hidrocarburos,cuya frmula es de la formaCxHy y que pueden sersaturados, no saturados etc.

GAS NATURAL

El gas natural estconstituido por hidrocarburosde bajo punto de ebullicin;el componente principal,aproximadamente el 85%, esmetano. En menoresproporciones est presente eletano, aproximadamente un10% y el propano que puedellegar a porcentajes de hastaun 3%. En cantidades anmenores aparecen el butano,pentano, hexano, heptano yoctano.

COMBUSTIBLES MS UTILIZADOS

Combustible kcal/kg

Acetileno 11.600 kcal/kg

Propano Gasolina Butano

11.000 kcal/kg

Gasoil 10.200 kcal/kg

Fuel - oil 9.600 kcal/kg

Antracita 8.300 kcal/kg

Coque 7.800 Kcal.

Alcohol de 95 6.740 kcal/kg

Lignito 4.800 kcal/kg

Turba 4.700 kcal/kg

Hulla 4.000 kcal/kg

COMBUSTIN

El trmino combustinusualmente se refiere a unareaccin qumica en la queinterviene un combustible yoxgeno o aire, generalmenteva acompaada de una flama.

MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA (PARTES)

Entrada decombustible

Pistn (mbolo)

Vlvula de escape

Leva

Biela - cigeal

Cilindro

BujaVlvula de admisin

CAMARA DE

COMBUSTINCOMBUSTIBLE

COMBURENTE

PRODUCTOS

DE LA

COMBUSTIN

COMBUSTIBLE: C, H, S

COMBURENTE: AIRE (O2: 21%, N2: 79%)

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIN:

CO2

GASES DE CO

CHIMENEA O2

HMEDO N2

H2O

PROCESOS DE COMBUSTIN

ECUACIN DE REACCIN

Es la expresin cuantitativa de las sustancias y de lasproporciones en las que stas intervienen en el proceso decombustin.

Ejemplo:

Aire

21% Oxigeno 79% Nitrgeno

1 mol 3,76 moles

-COMBUSTIN COMPLETA

Es aquella en la que todos los elementosoxidables del combustible se oxidancompletamente.

C3 H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O + ENERGIA

S SO3

N N2O5 ( 2000 K)

-COMBUSTIN INCOMPLETA

Es aquella donde en sus productos hayelementos o sustancias combustibles como CO.

C3 H8 + 3O2 C+ 2CO + 4H2O + ENERGIA

S SO2

N NXOY ( 2000 K)

-COMBUSTIN IDEAL

Es aquella combustin completa en la que eloxgeno suministrado es el minmo indispensable.Se entiende que todas las condiciones para quetal cosa suceda, se dan durante el proceso.

-COMBUSTIN REAL

En la prctica se nos presentarn procesos decombustin que no son ideales ni completos; esdecir, seran incompletas a pesar de tener aire enexceso.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LACOMBUSTIN

Entre los ms importantes se cuentan:

-combustible

-relacin aire/combustible

-geometra de la cmara

-temperatura de la combustin

-forma de alimentacin del combustible

-turbulencia en la cmara

-velocidad de salida de gases.

-AIRE TERICO

Se le denomina tambin aire estequiomtrico. Esla cantidad de aire que proporciona el oxgenoestrictamente necesario para la oxidacin completade los elementos oxidables del combustible.

CH4 + 2O2 + 2(3.76)N2 CO2 + 2H2O + 7.52N2o

CH4 + 0,21ZO2 + 0,79ZN2 CO2 + 2H2O +

7.52N2

Z: moles de aire terico

-AIRE REAL O EFECTIVO

Es la cantidad de aire que ingresa a un procesode combustin.

-EXCESO DE AIRE

Se define:

100*%.

..

TERICOAIRE

TERICOAIREREALAIREAIREex

% de exceso de aire = % de exceso de O2

-RELACIN AIRE / COMBUSTIBLEEs el cociente entre la masa de aire y la masa de combustible utilizadosen la combustin. Se expresa en kg de aire por kg de combustible.

C

ACA

m

mr /

-HUMEDAD ESPECFICA

Se define como:

masa agua (kg)

Humedad especfica =

masa gases chimenea seco (kg)

COMBUSTIN CON AIRE

-COMBUSTIN IDEAL CON AIRE

C3H8 + 5[O2 + (3.76)N2 ] 3CO2 + 4H2O + 18,8N2

-COMBUSTIN IDEAL CON EXCESO DE AIRE

C3H8 + 5[O2 + (3.76)N2 ] 3CO2 + 4H2O + 18,8N2

Si se utiliza 40% del exceso de aire, la combustinse est realizando con 140% de aire terico, luegola ecuacin ser:

C3H8 + 1,4x5[O2 + (3.76)N2 ] 3CO2 + 4H2O + 1,4x18,8N2 + 0,4x5O2

-COMBUSTIN REAL

COMBUSTIN REAL CON DEFICIENCIA DEAIRE

En estos procesos el carbono reaccionaformando CO y CO2 en proporciones quedependen de la deficiencia de aire y se determinabalanceando la ecuacin de reaccin.

La deficiencia de aire puede ser tanta que puedequedar combustible sin quemar durante lareaccin, el cual aparecer en los productos.

COMBUSTIN REAL CON EXCESO DE AIRE

La ecuacin de la reaccin es de la forma:

CxHy + a[O2 + (3.76)N2 ] iCO2 + jCO + eH2O +

fN2 + gO2

Los coeficientes i, j, e, f y g deben serdeterminados para la combustin real.

PASOS:

1.Reaccin del combustible con aire tericoestequiomtrico.

2.Reaccin del combustible con aire real o efectivo.

CALOR DE COMBUSTIN

REACTANTES

TR (K)

PRODUCTOS

TP (K)

.TR > T0 = 298 K

HR (-)

.TR < T0 = 298 K

HR (+)

HRHP (+)

H298 K (-)

T0

HCOMB = HR + H298 + HP

HCOMB

TEMPERATURA DE FLAMA O LLAMA

Se denomina temperatura terica de la

combustin o adiabtica de combustin, a la

que se obtendra en una combustin

estequiomtrica, con mezcla perfectamente

homognea y en periodo de tiempo muy corto

de tal forma que no haya prdidas calorficas

en el ambiente. La mxima temperatura que

pueden alcanzar los productos de combustin

es la temperatura adiabtica de llama.

LIMITE INFERIOR DE EXPOSIVIDAD

LEL: slo se aplica a las concentraciones bajas de gases combustibles ysignifica Lower Explosive Limit (lmite inferior de explosividad). Es lacomposicin de volumen de un gas inflamable en el aire. Por debajo deeste lmite no se formar ninguna atmsfera explosiva. Los niveles deconcentracin con fines de deteccin de gases se expresan en % de LEL. Esdecir, es la relacin del volumen del gas con el LEL.

GAS LEL GAS LEL

Amoniaco 15%Monxido de carbono

12,5%

Butano1,9%

Isobutano1,8%

GLP1,9%

Hidrgeno 4%

Metano5,0%

Gasolina1,4%

Tolueno1,1%

Propano2,1%

GAS NATUAL

ACETILENO