COMBUSTIÓNCOMBUSTIÓN

COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE Las sustancias que se queman para Las sustancias que se queman para

aprovechar el calor que liberan al aprovechar el calor que liberan al reaccionar con el oxígeno del aire se reaccionar con el oxígeno del aire se llaman combustiblesllaman combustibles..

Los combustibles utilizados para el Los combustibles utilizados para el consumo de energía en el campo consumo de energía en el campo industrial, en transportes y uso doméstico, industrial, en transportes y uso doméstico, se clasifican en sólidos, líquidos y se clasifican en sólidos, líquidos y gaseosos.gaseosos.

Minerales Carbón, hulla, coque, antracita, Minerales Carbón, hulla, coque, antracita,

SólidosSólidos grafito, lignito, turba, asfaltita. grafito, lignito, turba, asfaltita. Vegetales LeVegetales Leña, carbón de lña, carbón de leeña, bagazo.ña, bagazo.

Petróleo y Gasolina, kerosene, petróleo, Petróleo y Gasolina, kerosene, petróleo, derivados diesel, etcderivados diesel, etc LíquidosLíquidos Alcoholes de madera, de cereales, de cañaAlcoholes de madera, de cereales, de caña

Gas licuado de petróleo (GLP)Gas licuado de petróleo (GLP) GaseososGaseosos Gas natural Gas natural Gas artificialGas artificial Bio-gasBio-gas

CARBÓN MINERALCARBÓN MINERAL

Es una sustancia dura, Es una sustancia dura, de origen mineral, de de origen mineral, de color oscuro o casi negro color oscuro o casi negro que resulta de la que resulta de la descomposición lenta de descomposición lenta de la materia lela materia leñosa de los ñosa de los bosques.bosques.

Arde con dificultad en Arde con dificultad en comparación con el comparación con el carbón de leña, pero carbón de leña, pero tiene mayor poder tiene mayor poder calorífico que éste.calorífico que éste.

USOS DEL CARBÓNUSOS DEL CARBÓN

PETRÓLEOPETRÓLEO

Es un líquido aceitoso, Es un líquido aceitoso, menos denso que el agua, menos denso que el agua, de color oscuro y olor fuerte, de color oscuro y olor fuerte, que se encuentra formando que se encuentra formando manantiales en el interior de manantiales en el interior de la tierra.la tierra.

El petróleo viene a ser una El petróleo viene a ser una mezcla de hidrocarburos, mezcla de hidrocarburos, cuya fórmula es de la forma cuya fórmula es de la forma CxHyCxHy y que pueden ser y que pueden ser saturados, no saturados etc.saturados, no saturados etc.

TORRE DE DESTILACIÓN FRACCIONADA DEL PETRÓLEO CRUDO

Nombre Punto ebullición (°C)Composición aproximada

Usos

Gasolina ligera  20 - 100  C5H12 —C7H16 Disolvente

Bencina  70 - 90 C6H14 —C7H16 Limpieza en seco 

Ligroína  80 - 120 C6H14 —C8H18 Disolvente

Gasolina  70 - 200 C6H14 —C11H24 Carburante de motores

Queroseno  200 - 300 C1 —C16 Alumbrado

Gasóleo  300 - 400 C13 —C18 Carburante

Aceite lubricante  > 400 C16 —C20 Lubricantes

Grasas, vaselina, etc.  > 400  C1 8 —C22Preparaciones farmacéuticas 

Cera de parafina > 400 C20 —C30 Velas, papel encerado 

Residuo (asfalto)  No volátil C30 —C40Alquitrán asfáltico, coque de petróleo 

GAS NATURALGAS NATURAL

El El gas naturalgas natural está está constituido por constituido por hidrocarburos de bajo hidrocarburos de bajo punto de ebulliciónpunto de ebullición; el ; el componente principal, componente principal, aproximadamente el 85%, es aproximadamente el 85%, es metanometano. En menores . En menores proporciones está presente el proporciones está presente el etano, aproximadamente un etano, aproximadamente un 10% y el propano que puede 10% y el propano que puede llegar a porcentajes de hasta llegar a porcentajes de hasta un 3%. En cantidades aún un 3%. En cantidades aún menores aparecen el butano, menores aparecen el butano, pentano, hexano, heptano y pentano, hexano, heptano y octano. octano.

COMBUSTIBLES MÁS UTILIZADOSCOMBUSTIBLES MÁS UTILIZADOS

Combustible kcal/kg

Acetileno 11.600 kcal/kg

PropanoGasolinaButano

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 95º 6.740 kcal/kg

Lignito 4.800 kcal/kg

Turba 4.700 kcal/kg

Hulla 4.000 kcal/kg

ANÁLISIS VOLUMÉTRICO DE ALGUNOS COMBUSTIBLES GASEOSOS

VARIOS GASES NATURALESCOMPONENTE

A B C D

GAS DE HULLAS

PRODUCIDO EN

RETORTAS

GAS DE

AGUA

GAS DE

HORNOS DE

COKE

Metano 93.9 60.1 67.4 54.3 3.0 10.2 32.1

Etano 3.6 14.8 16.8 16.3

Propano 1.2 13.4 15.8 16.2

Butano 1.3 4.2 7.4 6.1 3.5

Eteno 2.8 0.5

Benceno

Hidrógeno 14.0 40.5 46.5

Nitrógeno 7.5 5.8 50.9 2.9 8.1

Oxígeno 0.6 0.5 0.8

CO 27.0 34.0 6.3

CO2 4.5 3.0 2.2

COMBUSTIÓNCOMBUSTIÓN

El término combustión El término combustión usualmente se refiere usualmente se refiere a una reacción a una reacción química en la que química en la que interviene un interviene un combustible y oxígeno combustible y oxígeno o aire, generalmente o aire, generalmente va acompava acompañada de ñada de una flama.una flama.

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA (PARTES)(PARTES)

Entrada decombustible

Pistón (émbolo)

Válvula de

escape

Leva

Biela - cigüeñal

Cilindro

BujíaVálvula de

admisión

CAMARA DE

COMBUSTIÓNCOMBUSTIBLE

COMBURENTE

PRODUCTOS

DE LA

COMBUSTIÓN

COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE: C, H, S: C, H, S

COMBURENTECOMBURENTE: AIRE (O: AIRE (O22: 21%, N: 21%, N22: 79%): 79%)

PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓNPRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓN::

COCO2 2 ORSATORSAT O O

GASES DE CO GASES DEGASES DE CO GASES DE

CHIMENEA OCHIMENEA O2 CHIMENEA2 CHIMENEA

HÚMEDO NHÚMEDO N2 SECO2 SECO

HH22O O

PROCESOS DE COMBUSTIÓNPROCESOS DE COMBUSTIÓN

ECUACIÓN DE REACCIÓNECUACIÓN DE REACCIÓN

Es la expresión cuantitativa de las sustancias y de las Es la expresión cuantitativa de las sustancias y de las proporciones en las que éstas intervienen en el proceso proporciones en las que éstas intervienen en el proceso de combustión.de combustión.

Ejemplo:Ejemplo:

Aire

21% Oxigeno 79% Nitrógeno 1 mol 3,76 moles

-COMBUSTIÓN COMPLETA-COMBUSTIÓN COMPLETA

Es aquella en la que todos los elementos Es aquella en la que todos los elementos oxidables del combustible se oxidan oxidables del combustible se oxidan completamente.completamente.

CC3 3 HH8 8 + 5O+ 5O22 3 3COCO22 + 4 + 4HH22OO + ENERGIA + ENERGIA

S SOS SO33

N NN N22OO55 ( › 2000 K) ( › 2000 K)

-COMBUSTIÓN INCOMPLETA-COMBUSTIÓN INCOMPLETA

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

CC3 3 HH8 8 + 3O+ 3O22 CC+ 2+ 2COCO + 4 + 4HH22OO + ENERGIA + ENERGIA

S SOS SO22

N NN NXXOOYY (› 2000 K) (› 2000 K)

-COMBUSTIÓN IDEAL-COMBUSTIÓN IDEAL

Es aquella combustión completa en la que el Es aquella combustión completa en la que el oxígeno suministrado es el minímo indispensable. oxígeno suministrado es el minímo indispensable. Se entiende que todas las condiciones para que Se entiende que todas las condiciones para que tal cosa suceda, se dan durante el proceso.tal cosa suceda, se dan durante el proceso.

-COMBUSTIÓN REAL-COMBUSTIÓN REAL

En la práctica se nos presentarán procesos de En la práctica se nos presentarán procesos de combustión que no son ideales ni completos; es combustión que no son ideales ni completos; es decir, seran incompletas a pesar de tener aire en decir, seran incompletas a pesar de tener aire en exceso.exceso.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMBUSTIÓNCOMBUSTIÓN

Entre los más importantes se cuentan:Entre los más importantes se cuentan:

-combustible-combustible

-relación aire/combustible-relación aire/combustible

-geometría de la cámara-geometría de la cámara

-temperatura de la combustión-temperatura de la combustión

-forma de alimentación del combustible-forma de alimentación del combustible

-turbulencia en la cámara-turbulencia en la cámara

-velocidad de salida de gases.-velocidad de salida de gases.

-AIRE TEÓRICO-AIRE TEÓRICO

Se le denomina también aire estequiométrico. Es Se le denomina también aire estequiométrico. Es la cantidad de aire que proporciona el oxígeno la cantidad de aire que proporciona el oxígeno estrictamente necesario para la oxidación estrictamente necesario para la oxidación completa de los elementos oxidables del completa de los elementos oxidables del combustible.combustible.

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

oo

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

7.52N2 Z: moles de aire teórico

-AIRE REAL O EFECTIVO-AIRE REAL O EFECTIVO

Es la cantidad de aire que ingresa a un proceso Es la cantidad de aire que ingresa a un proceso de combustión.de combustión.

-EXCESO DE AIRE-EXCESO DE AIRE

Se define:Se define:

100*%.

..

TEÓRICOAIRE

TEÓRICOAIREREALAIREAIREex

% de exceso de aire = % de exceso de O2

-RELACIÓN AIRE / COMBUSTIBLE-RELACIÓN AIRE / COMBUSTIBLE

Es el cociente entre la masa de aire y la masa Es el cociente entre la masa de aire y la masa de combustible utilizados en la combustión. Se de combustible utilizados en la combustión. Se expresa en kg de aire por kg de combustible.expresa en kg de aire por kg de combustible.

C

ACA m

mr /

-HUMEDAD ESPECÍFICA-HUMEDAD ESPECÍFICA

Se define como:Se define como:

masa agua (kg)masa agua (kg)

Humedad específica =Humedad específica =

masa gases chimenea seco (kg)masa gases chimenea seco (kg)

COMBUSTIÓN CON AIRECOMBUSTIÓN CON AIRE-COMBUSTIÓN IDEAL CON AIRE-COMBUSTIÓN IDEAL CON AIRE

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

-COMBUSTIÓN IDEAL CON EXCESO DE AIRE-COMBUSTIÓN IDEAL CON EXCESO DE AIRE

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

Si se utiliza 40% del exceso de aire, la combustión se está realizando con 140% de aire teórico, luego la ecuación será:

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

-COMBUSTIÓN REAL-COMBUSTIÓN REAL

COMBUSTIÓN REAL CON DEFICIENCIA DE COMBUSTIÓN REAL CON DEFICIENCIA DE AIREAIRE

En estos procesos el carbono reacciona En estos procesos el carbono reacciona formando CO y COformando CO y CO22 en proporciones que en proporciones que dependen de la deficiencia de aire y se determina dependen de la deficiencia de aire y se determina balanceando la ecuación de reacción.balanceando la ecuación de reacción.

La deficiencia de aire puede ser tanta que puede La deficiencia de aire puede ser tanta que puede

quedar combustible sin quemar durante la quedar combustible sin quemar durante la reacción, el cual aparecerá en los productos.reacción, el cual aparecerá en los productos.

COMBUSTIÓN REAL CON EXCESO DE AIRECOMBUSTIÓN REAL CON EXCESO DE AIRE

La ecuación de la reacción es de la forma:La ecuación de la reacción es de la forma:

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

fN2 + gO2

Los coeficientes i, j, e, f y g deben ser determinados para la combustión real.

PASOS:

1.Reacción del combustible con aire teórico estequiométrico.

2.Reacción del combustible con aire real o efectivo.

ANÁLISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA ANÁLISIS DE LOS PRODUCTOS DE LA COMBUSTIÓNCOMBUSTIÓN

Es el análisis de los gases o análisis de los Es el análisis de los gases o análisis de los humos de los productos de la combustión que humos de los productos de la combustión que nos otorga como resultado la composición nos otorga como resultado la composición volumétrica o molar de los productos.volumétrica o molar de los productos.

a) a) En base húmeda o totalEn base húmeda o total. Describe cuál es la . Describe cuál es la composición porcentual de los productos de la composición porcentual de los productos de la combustión constituidos principalmente por COcombustión constituidos principalmente por CO22, , CO, OCO, O22, N, N22 y H y H22O.O.

b) b) En base secaEn base seca. Nos suministra la composición . Nos suministra la composición de los productos “secos” o no condensables de los productos “secos” o no condensables constituidos principalmente por COconstituidos principalmente por CO22, CO, O, CO, O2 y2 y N N22..

-MÉTODOS-MÉTODOS

Para la determinación de la composición de Para la determinación de la composición de los productos de la combustión se utilizan los los productos de la combustión se utilizan los siguientes métodos:siguientes métodos:

a)Análisis ORSAT.a)Análisis ORSAT.

b)Conductividad térmica.b)Conductividad térmica.

c)Resistencia magnética.c)Resistencia magnética.

d)Medidor de COd)Medidor de CO22

EL ANALIZADOR ORSATEL ANALIZADOR ORSAT

Determina la Determina la composición en composición en volumen del volumen del COCO22, CO y O, CO y O2 2 de de

una muestra de una muestra de productos .productos .

CALOR DE COMBUSTIÓNCALOR DE COMBUSTIÓN

REACTANTES

TR (K)

PRODUCTOS

TP (K)

.TR > T0 = 298 K

ΔHR (-)

.TR < T0 = 298 K

ΔHR (+)

ΔHRΔHP (+)

ΔH°298 K (-)

T0

ΔHCOMB = ΔH°R + ΔH°298 + ΔH°P

ΔHCOMB

R

j

i

ofP

j

i

of

o HnHnH )()(11

298

)298(1

Ro

i

j

ii

oR TCpnH

)298(1

Po

i

j

ii

oP TCpnH

:oCp CAPACIDAD TÉRMICA MOLAR PROMEDIO ESTÁNDARCAPACIDAD TÉRMICA MOLAR PROMEDIO ESTÁNDAR

)(2 TfTTCpo

TEMPERATURA DE FLAMA O LLAMATEMPERATURA DE FLAMA O LLAMA

Se denomina temperatura teórica de la Se denomina temperatura teórica de la combustión o adiabática de combustión, a la combustión o adiabática de combustión, a la que se obtendría en una combustión que se obtendría en una combustión estequiométrica, con mezcla perfectamente estequiométrica, con mezcla perfectamente homogénea y en periodo de tiempo muy corto homogénea y en periodo de tiempo muy corto de tal forma que no haya pérdidas caloríficas de tal forma que no haya pérdidas caloríficas en el ambiente.en el ambiente. La máxima temperatura que pueden alcanzar los productos de combustión es la temperatura adiabática de llama.

- APROVECHAMIENTO DE- APROVECHAMIENTO DE

ENERGÍAENERGÍA

ΔΔHHCOMBCOMB = 0 TEMPERATURA DE LLAMA O = 0 TEMPERATURA DE LLAMA O

FLAMAFLAMA

+ REQUISITOS TÉRMICOS+ REQUISITOS TÉRMICOS