combustion

Termodinámica
y
Máquinas
Térmicas

Tema
07.
Combus.ón


Inmaculada
Fernández
Diego

Severiano
F.
Pérez
Remesal

Carlos
J.
Renedo
Estébanez

DPTO.
DE
INGENIERÍA
ELÉCTRICA
Y
ENERGÉTICA

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3.0


TERMODINÁMICA Y MÁQUINAS TÉRMICAS

T 07.- Combustión

Objetivos:
El objetivo de este tema es realizar un análisis general de lacombustión y de
los combustibles, así como la aplicación de balances de materia y energía a
sistemas reactivos.

T 07.- COMBUSTIÓN
1.- Introducción
2.- Propiedades de la combustión
3.- Combustibles
4.- Termodinámica de la combustión

1.- Introducción (I)
• La combustión es una oxidación rápida

Combustible (C e H2)
+
Comburente (O2)

Calor
+
Productos de la Combustión (PdC)(cenizas y humos)
CO2, CO, H2O, …

2

T 07.- COMBUSTIÓN
1.- Introducción (II)
Se debe realizar a un nivel térmico aprovechable
El quemador es el encargado de realizar la mezcla
(combustible-oxígeno del aire)
Los elementos básicos que reaccionan son:
–  El oxígeno del aire como comburente (aprox. 1m3 por kWh)
–  El carbono y el hidrógeno del combustible
–  Otros elementos (azufre), einertes (cenizas)
Reacciones del Carbono :
 C + O2 = CO2 + 32.780 MJ/kg
 C + 1/2 O2 = CO + 9.188 MJ/kg
 CO + 1/2 O2 = CO2 + 10.111 MJ/kg
La reacción de Azufre es:
 S + O2 = SO2 + 2.957 MJ/kg

La reacción del Hidrógeno es:
 H2 + 1/2 O2 = H2O (v) + 118.680 MJ/kg
Si el agua se condensa:
 H2 + 1/2 O2 = H2O (l) + 142.107 MJ/kg

Inertes ⇒cenizas

T 07.- COMBUSTIÓN
2.- Propiedades de laCombustión (I)
La cantidad de calor por unidad de masa (o volumen) que desprende un
combustible al quemarse es el Poder Calorífico (kJ/kg, kJ/Nm3)
–  PCI (el agua de los humos no condensa)
–  PCS (condensa el agua de los humos)

AguaLiq ⇒ P.C.S.
Humos
AguaVap ⇒ P.C.I.

Agua fría

Agua caliente

Aire
Aire
Aire

Aire
G.N.

La relación PCI / PCS
depende de la cantidad de
H delcombustible

T 07.- COMBUSTIÓN
2.- Propiedades de la Combustión (II)
Combustión estequiométrica es una combustión con las proporciones justas
de combustible y oxígeno para que todo el C del combustible se oxide a CO2
(sin producir CO, ni emplear exceso de aire)

La composición del combustible marca el O2 necesario

•  C + O2 = CO2

Teórica

12 g de C necesitan 22,4 litros de O2
2g de H2 necesitan 11,2 litros de O2
32 g de S2 necesitan 22,4 litros de O2

•  H2 + 1/2 O2 = H2O
•  S + O2 = SO2

Poder Comburívoro: aire necesario para la combustión estequiométrica de 1 m3 de gas
Aire y 79% N2 + 21% O2

Se necesita un 4,76 más de aire que de O2
PCI

Aire teórico
m3/Nm3

kCal/Nm3

kWh/Nm3

Gas natural

9,3

9.228

10,73

0,87

Butano

31

26.25330,5

1,016

Propano

23,9

20.484

23,8

1

m3 aire / kWh

T 07.- COMBUSTIÓN
2.- Propiedades de la Combustión (III)
En la combustión completa todo el carbono se oxida en CO2

(para que se produzca en condiciones reales necesita exceso de aire)

La combustión incompleta se produce si existe combustible inquemado o CO
en los humos
(se puede producir por falta de O2, o pormala mezcla aire-combustible)

El exceso de aire necesitado para producir combustiones completas depende de
la homogeneidad de la mezcla aire-combustible que se consiga en el quemador
Contribuye a disminuir la Tª final y el nivel energético de los humos
se necesita para combustión completa, pero no es deseable
con combustibles gaseosos aprox. el 10% del estequiométrico (y1m3/kWh)
El Indicede aireación es la relación entre el aire aportado a una combustión y el preciso
para una combustión estequiométrica

T 07.- COMBUSTIÓN
2.- Propiedades de la Combustión (IV)
Poder Fumígeno: gases de combustión producidos
por la combustión estequiométrica de 1 m3 de gas
GN (1 m3)

+

CO2 + N2 (9,5 m3)
Vol (CO2+N2 )
Poder Fumígeno Seco

Aire (10,4 m3)
(21% es O2)

+
Vapor agua...