COMBUSTION

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COMBUSTION Y COMBUSTIBLES

COMBUSTION.- La combustin es un proceso conocido en la naturaleza, que en esencia es una reaccin de oxidacin que genera calor, donde una sustancia se combina con el aire o con el oxigeno del aire, formando distintos productos resultantes de dicha combustin.

La sustancia que se quema se llama combustible, por ejemplo lea, gas, madera, etc.El medio donde se realiza la combustin o la reaccin, se llama comburente, por ejemplo la atmsfera (aire). Como en toda reaccin qumica se puede medir la velocidad de combustin y en base a esto se distinguen las combustiones lentas, rpidas y explosivas.COMBUSTION COMPLETA.-Toda reaccin qumica pone en juego una determinada cantidad de calor que se llama calor de reaccin.

En el caso particular de una reaccin de combustin el calor o energa calorfica puesta en juego, toma el nombre de calor combustin. Por ejemplo cuando se quema el carbn con produccin de anhdrido carbnico se pone en juego 97.000 cal-gr.

C + 02 C02 + 97.000 cal-gr.

Cuando existe un exceso de oxigeno y la sustancia reacciona con l en forma total, se dice que la combustin es PERFECTA.

Cuando la cantidad de aire es insuficiente y el oxigeno del aire no alcanza para quemar totalmente el combustible, se dice que la combustin es IMPERFECTA. Veamos los siguientes ejemplos:

Combustin perfecta del carbono: C + 02 = C02 + 97.000 cal-gr.

Combustin imperfecta del carbono: C + 02 = C0 + 29.000 cal-gr.

El monxido de carbono obtenido en esta ltima reaccin puede tambin quemarse de acuerdo a la reaccin: C0 + 02 = C02 + 68.000 cal-gr.

Se observa que la suma de estos dos ltimos calores de combustin, es igual a la combustin perfecta del carbono.

A menudo en los dispositivos industriales donde se quema el combustible como hornos, calderas, parrillas, etc., parte del combustible no llega a reaccionar, resultando perdido junto con la escoria, cenizas, en una cierta proporcin. En este caso se dice que la combustin es incompleta. De este modo puede existir entonces una combustin perfecta pero incompleta o tambin una combustin completa pero imperfecta.

Iguales consideraciones rigen para los combustibles slidos, lquidos y gaseosos, como la madera, papel, algodn, etc. As por ejemplo para los compuestos de celulosa cuya formula es C5H1005

La combustin perfecta quedara representada por:

C5H1005 + 502 = 5CO2 + 5H2O +

Para los combustibles lquidos formados por mezclas de varios hidrocarburos como el octano C8 H18 se tiene:

C 8H18 + 25/2 O2 = 8C02 + 9H20 +

Para los combustibles gaseosos como el gas natural (metano) ser:

CH4 + 202 = C02 + 2H20 +

Una combustin se llama neutra cuando las cantidades de aire y combustibles son las estequiomtricas, o sea las indicadas en una ecuacin qumica y se tenga la combustin perfecta.

Cuando existe un exceso de aire la combustin se llama oxidante y los gases resultantes contienen oxigeno.Cuando hay exceso de combustible o falta de aire la combustin se llama reductora y los gases resultantes contendrn sustancias no quemadas como carbn, CO, etc., y se depositara holln.

Cuando hay un exceso grande de aire o falta del mismo se rebaja o disminuye la temperatura de combustin. Para que haya combustin el combustible debe ser previamente calentado hasta una temperatura determinada para cada combustible que se llama punto de inflamacin o punto de ignicin y que ser necesario mantener en el dispositivo donde se realiza la misma para que pueda proseguir. Por ej. Para la madera la temperatura de inflamacin es de aproximadamente 300C y para el petrleo unos 200C.

COMBUSTION EN LA PRCTICA.- Para que se efecte una combustin es necesario, la presencia de tres componentes que son: aire (oxigeno) combustible y temperatura. Cualquiera de estos componentes que falten la combustin no se desarrolla.

Ahora bien, si contamos con los tres componentes fundamentales, combustible-aire-temperatura, pero por ejemplo el combustible que estamos empleando es de mala calidad o inadecuado, o si el aire es insuficiente o la temperatura es baja, entonces la combustin puede efectuarse, pero se tiene una mala combustin. Al hacer un fuego estamos efectuando una combustin, ya sea quemando madera, encender un brasero, un incinerador o un caldero. Los requisitos bsicos para una combustin en la prctica son entonces:

- aire para la combustin: oxigeno

- combustibles slidos: carbn de piedra, carboncillos, coke, lea.

- combustibles lquidos: su uso es el ms comn

- combustibles gaseosos: gas natural y otros.

Adems debe asegurarse que todas las partculas del combustible estn bien rodeadas de aire suficiente, por tanto es necesario proveer una cantidad algo superior a la cantidad terica de aire de manera que se cumpla la relacin de combustin Relacin de Combustin = aire practico > 1

Aire terico

depender de la naturaleza del combustible que se quema y tambin puede ser influido por el tipo de quemador empleado. En general para obtener una correcta relacin aire-combustible se tiene:

Para combustibles slidos = 1,5 a 2

Para combustibles lquidos =1,1 a 1,2

Para combustibles gaseosos =1 a 1,1

El suministro de aire para los combustibles puede hacerse:

- por tiro natural con chimenea.

- por aire a presin con compresores.

- por aire a baja presin con ventiladores centrfugos.

- por sistemas mixtos.

El control de la combustin se la realiza con el aparato de Orsat que permite analizar los gases y determinar los porcentajes de CO, CO2 y O2 presentes.

PODER CALORIFICO.-Se denomina poder calorfico de un combustible a la cantidad de calor que puede ceder un kilogramo de ese combustible. Se expresa: para slidos y lquidos en caloras/Kg. de combustible. Para combustibles gaseosos en Kcal. /m de gas.Para determinar el poder calorfico se emplean aparatos denominados calormetros. Para combustibles lquidos y slidos se utiliza el calormetro de Mohler y para los gases el calormetro de Junker. Tambin hay formulas que permiten el clculo de los poderes calorficos conociendo la composicin qumica elemental. Es conveniente distinguir entre el llamado poder calorfico superior del denominado poder calorfico inferior. Se llama poder calorfico superior PCS a aquel que considera al agua que tiene el combustible en estado condensado, y es el valor que nos dan los calormetros.

En cambio industrialmente interesa ms el poder calorfico inferior PCI, pues el agua que contiene el combustible se considera en este caso al estado de vapor, lo que implica la absorcin de cierta cantidad de calor, como en el caso del calculo del hogar de una caldera. El agua del combustible puede provenir aparte de la humedad natural, de la combustin del hidrogeno que contenga el combustible. Es decir que, si del valor del poder calorfico superior deducimos la cantidad necesaria para vaporizar el agua contenida, entonces obtendremos el poder calorfico inferior o sea:

PCS - W = PCI

Es necesario conocer los poderes calorficos para poder evaluar los distintos combustibles, para realizar los clculos tcnicos de combustin. PODER CALORIFICOLea seca 330 370 cal

Carboncillo de piedra 6000 -6500 cal

Carbn de piedra graneado 6500 -7000 cal

Petrleo 8500 10500 cal

Parafina 11000 cal

Gas licuado 12000 cal Carbn coke 6600 7500 cal

Tambin hay que tomar en cuenta el estado en que se encuentran los combustibles pues ello influye en la temperatura que se necesita para combinar su carbono con el oxigeno.

TIRO NATURAL.-

El tiro o tiraje de un horno se puede definir como la diferencia de presin entre el interior y el exterior atmosfrico. Este concepto es valido tambin para chimeneas y tragantes de los hornos.Por este medio se obtiene el aire para la combustin que es proporcionado por la chimenea, que al mismo tiempo tiene por objeto lanzar los gases productos de la combustin a una altura suficiente para evitar perjuicios y contaminacin ambiental. La accin de la chimenea esta basada en las diferencias de temperaturas entre los gases calientes y el aire ambiente. A medida que los gases se calientan en el hogar del horno, se hacen mas livianos, disminuyen su densidad y forman un movimiento ascensional.

Los gases suben por la chimenea y provocan cierta aspiracin de aire que da origen a una corriente que va desde el hogar del horno, pasa por los intercambiadores y de toda la instalacin, suministrando a los fuegos el aire de combustin necesario. Los gases que salen por la chimenea no deben tener una temperatura menor de 180C, a fin de conservar la velocidad necesaria para mantener la aspiracin de aire nuevo. Este fenmeno recibe el nombre de tiro o tiraje. El tiro aumenta con relacin a la altura de la chimenea, tambin influye la temperatura entre los gases de combustin y el aire ambiente. A mayor diferencia de temperatura, mayor ser la velocidad y fuerza de la corriente de aire.

Las dimensiones que debe tener una chimenea se calcula sobre la base del volumen de gases que deben pasar por ella. Este volumen a su vez depende de la calidad del combustible utilizado. Velocidad de la vf = dimensiones de la chimenea

Corriente de aire Base de volumen de gas Vf = (h1- h2) R

V

TIRO ARTIFICIAL.-

Algunas veces es necesario suplementar el aire con uno provocado artificialmente. Esto se consigue empleando un ventilador, un exhaustor e incluso vapor. Con tiraje artificial se tiene la posibilidad de variar la cantidad de aire que llega al horno dentro de amplios lmites. El tiraje se usa preferentemente en los casos de determinados combustibles slidos, o tambin cuando la instalacin esta sometida a oscilaciones de cargas tan grandes que no alcanzan a ser compensadas por el tiraje natural. Tambin se usa tiraje artificial en calderas de tres o ms pasos para conseguir una velocidad de movimiento de los gases que no puede producirlo el tiraje natural.

El tiraje artificial se divide en:

- tiraje forzado

- tiraje aspirado

En el tiraje forzado se hace llegar el aire a presin por debajo del emparrillado usando ventiladores.

En el tiraje aspirado un ventilador aspira los gases de la combustin a la salida de la caja de humos y los impulsa a travs de la chimenea.

COMBUSTIBLES.- DESCRIPCION.-

Un combustible industrial se puede definir como una sustancia capaz de reaccionar con el oxigeno, produciendo calor aprovechable. Los combustibles existen en la naturaleza, pero muchos de ellos no pueden usarse en procesos de combustin con fines prcticos.

En general los combustibles estn constituidos por: carbono, azufre, nitrgeno, oxigeno, humedad y cenizas. El poder calorfico es funcin de la proporcin en que estos elementos se encuentran en el combustible, siendo tanto mayor, cuanto mas alto sea la proporcin de carbono o de los hidrocarburos libres.

Para clasificar los combustibles se debe tener en cuenta su estado fsico: slido, liquido, gaseoso y su mtodo de obtencin, que pueden ser naturales y artificiales o fabricados. COMBUSTIBLES SLIDOS.- Son en general abundantes en la naturaleza y de costo reducido, encontrndoselos listos para su utilizacin como los combustibles naturales. Presentan serias desventajas representadas principalmente por su elevado costo de transporte y manipuleo para regular el fuego y para eliminar residuos y cenizas.A veces requieren costosos medios de transporte, si se quiere evitar mano de obra para tales labores. Alguno de estos combustibles pueden ser usados previa pulverizacin como el polvo de carbn con lo cual se eliminan muchos inconvenientes y se mejora su eficiencia.

COMBUSTIBLES LQUIDOS.- Son de manipuleo ms fcil y econmico por medio de bombas y se introducen pulverizados o atomizados en los quemadores de los hornos metalrgicos de fusin, volatilizacin y tratamientos trmicos, permitiendo elevadas temperaturas y un satisfactorio control de la combustin. Con excepcin del alcohol que es de origen vegetal, todos los demas son derivados del petrleo.

COMBUSTIBLES GASEOSOS.- Se estn aplicando en forma creciente, debido a que son ms limpios, a su bajo costo y a su fcil manipuleo. En nuestro pas debido a la abundancia del gas natural se esta cambiando la matriz energtica y este combustible prcticamente ha sustituido al fuel-oil liquido, tanto en sus aplicaciones industriales como en hornos y calderas, combustible vehicular y en uso domestico (gas licuado). Su alimentacin es continua requiriendo poca mano de obra, adems permite muy bien el control de su combustin y su temperatura.

CLASIFICACION DE LOS COMBUSTIBLES.-

1.- COMBUSTIBLES SLIDOSa) NATURALES PODER CALORIFICOAntracita 8500 Kcal. /kg.

Hulla 8000 Kcal. /kg.

Lignito 6000

Turba 5000

Lea 3500

b) ARTIFICIALES.-Coque 7500 kcal. /kg.

Carbn de lea 6500

Aglomerados --------------------2.- COMBUSTIBLES LIQUIDOS.-

a) NATURALES.-

Petrleo

b) ARTIFICIALES.-Nafta 11200 kcal. /kg.

Kerosene 11100

Gas oil 10900

Diesel oil 10700

Fuel oil 10300

Alcohol 9000

3.-COMBUSTIBLES GASEOSOS.-

a) NATURALESGas natural 9300 kcal. /kg.

b) ARTIFICIALES.-

Gas de destilera 11600 kcal. /kg.

Gas de agua 2500

Gas de aire 1000

Gas de alto horno 900

Acetileno C2H2 13000