Combustion

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BALANCES DE MATERIA EN PROCESOS DE COMBUSTIÓN

1. Introducción

La combustión de cualquier combustible es una reacción química compleja. En mayor o menor proporción, se producen óxidos de nitrógeno y productos de combustión parcialmente oxidados, incluso con exceso de aire, como el CO (monóxido de carbono). Si se desea estudiar, por ejemplo, la producción de óxidos de nitrógeno, se ha deplantear la reacción de combustión con toda su complejidad. Sin embargo, en ocasiones, basta un análisis simple de la combustión. Definamos, previamente, algunos conceptos fundamentales.

• Reacción de combustión completa. Es aquella en la que todos los productos de la combustión están presentes en el mayor grado posible de oxidación en una reacción de combustión. Esta matización es importanteporque en los óxidos de azufre, por ejemplo, “el de mayor grado” de oxidación es el SO3 y, sin embargo, “el mayor grado que se puede obtener de una combustión” es el SO2.

• Reacción de combustión estequiométrica. Es la reacción completa con el aire mínimo necesario.

• Reacción de combustión completa con exceso de aire. Como su nombre indica, se trata de una combustión completa en la que hay másaire que el mínimo necesario.

• Reacción de combustión con defecto de aire. Es una combustión en la que se utiliza una cantidad de aire menor que el mínimo para la reacción completa. Necesariamente es una reacción incompleta, puesto que de ella se obtienen productos con un grado de oxidación menor que el máximo o, incluso, suele presentar una fracción de combustible sin quemar. En este caso, sedice que en los humos hay inquemados.

2. Aire técnico de la combustión

Consideremos que la reacción de combustión se lleva a cabo con aire atmosférico y que éste, para simplificar los cálculos, tiene 21 % de O2 y 79 % de N2 en volumen. Se ignoran el vapor de agua y el dióxido de carbono que hay en el aire. Este aire de composición constante y simplificada se denomina aire técnico de lacombustión (ATC).

La masa molecular aparente del ATC es 28,85 kg/kmol

Las principales equivalencias aire oxígeno y aire nitrógeno se obtienen de las siguientes proporciones: 1 kmol de aire contiene 0,21 kmol de oxígeno y 0,79 kmol de nitrógeno. 4,762 kmol de aire contienen 1 kmol de oxígeno y 3,762 kmol de nitrógeno.

3. Parámetros fundamentales del balance de masas de una combustión

Engeneral, un combustible está constituido por una mezcla de diferentes componentes, no todos ellos combustibles. Es preciso expresar la composición del combustible indicando la concentración de cada componente. Si el combustible es gaseoso, se suele emplear la fracción molar x; xi indica la fracción molar del componente i. Se cumple:



siendo n el número de componentes.

Si el combustible eslíquido o sólido, se suele emplear la fracción másica m; mi indica la fracción másica del componente i. Se cumple:



Parámetros fundamentales:

• relación oxígeno combustible en kmol O2 /(kmol combustible): ROC molar,
• relación oxígeno combustible en kg O2 /(kg combustible): ROC másico,
• relación aire combustible en kmol aire/(kmol combustible): RAC molar,
• relación airecombustible en kg aire/(kg combustible): RAC másico,
• relación humos húmedos combustible en kmol humos húmedos/(kmol combustible): RHHC molar,
• relación humos húmedos combustible en kg humos húmedos/(kg combustible): RHHC másico,
• relación humos secos combustible en kmol humos secos/(kmol combustible): RHSC molar,
• relación humos secos combustible en kg humos secos/(kg combustible):RHSC másico,

• relación aire combustible estequiométrica, o bien la cantidad mínima necesaria para que se produzca la reacción completa: RAC est.,
• relación aire combustible real: RAC real,
• coeficiente de exceso de aire, n o λ = /
• masa molecular media aparente del combustible en kg combustible/(kmol combustible), Mcomb. Se obtiene de la composición del combustible, expresada en...
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