combustion

3.2

Aspectos Generales de la Combustión

Bibliografía
Moran, Shapiro, Fundamentos de Termodinámica Técnica
Ángel Luis Miranda Barreras, Ramón Oliver Pujol, La Combustión, Barcelona CEAC DL 1996
G. Monnot , La Combustion dans les fours et les chaudières , Paris Technip 1978
Roland Borghi, Michel Destriau, La Combustion et les flames, Paris Technip cop. 1995
Perthuis, Edmond, LaCombustion industrielle, París Technip 1983
Manuel Márquez Martínez, Combustión y quemadores, Barcelona Marcombo Boixareu DL 1989
Keating Eugene, Applied Combustion, Marcel Dekker, Inc.
3.2.1
Introducción
Combustión = reacción química exotérmica automantenida por transferencia de calor y difusión de especies
Proceso térmico de gran interés práctico por:
• utilización a escala mundial
• fácil derealizar
• difícil de estudiar por su complejidad:
química (características estructurales del combustible), termodinámica (viabilidad y energía de las
reacciones), transferencia de materia (difusión de combustible y oxidante), cinética de reacciones
(velocidad de combustión) y dinámica de fluidos.

3.2.2

Aplicaciones

• calefacción de viviendas (hogar, estufas, calderas)
• producción deelectricidad (centrales térmicas)
• propulsión (motores alternativos, turbinas de gas y de vapor)
• procesado de materiales (reducción de óxidos, fundición, cocción, secado)
• eliminación de residuos (incineración de basuras)
PGE - Generación de energía

3-7

• refrigeración (máquinas frigoríficas a absorción)
• control de incendios (barreras cortafuegos, materiales ignífugos)
•iluminación (hasta finales del s. XIX único método de iluminación artificial)
3.2.3

Importancia de los procesos de combustión

• la mayor parte de la producción mundial de energía es por combustión de petróleo, carbón y gas natural
(desde 96% en 1975, 90% en 1985 y 80% en 1995)
• combustión controlada de recursos primarios de interés en procesos de producción de trabajo y calor
• combustiónincontrolada (fuegos) para prevenirlos y luchar contra ellos
• combustión controlada de materiales de desecho (incineración) con el fin de minimizar la contaminación
ambiental

3.2.4
El proceso de combustión
3.2.4.1
Combustión
Reacción de oxidación-reducción que tiene lugar entre un combustible y un comburente (oxidante) con gran
rapidez y liberación de una gran cantidad de calor.
REDUCTOR =Combustible (H2, CO, C, CnHm,…)
OXIDANTE = Comburente (O2 (puro o diluido en N2),O3 , Cl,….)
En algunas sustancias (explosivos) la función oxidante y reductora se encuentran en la misma molécula
(nitroglicerina, nitrocelulosa, acetileno..)
3.2.4.2
Combustibles
Sustancia susceptible de ser quemada. Combustibles pueden existir en estado sólido, líquido o gaseoso.
Para simplificar los cálculosse puede considerar:
gasolina: octano C8H18
gasóleo: dodecano C12H26
gas natural: metano CH4
carbón: obtenemos la composición a partir del análisis elemental = cantidades relativas de C, S, H2, N2, O2 y
ceniza
3.2.4.3
Aire de combustión
Oxigeno necesario en cada reacción de combustión. Oxigeno puro solamente en aplicaciones especiales: corte,
soldadura, etc. . En la mayoría de los casosoxigeno suministrado por el aire.
Simplificando se considera la composición del aire como aproximadamente: 21% de O2 y 79% de N2. Así cada
mol de oxigeno esta acompañado de 3,76 moles de nitrógeno. El aire considerado aquí no contiene agua.
En caso contrario la combustión es húmeda y hay que incluir el vapor de agua presente, cuando se escribe la
ecuación de combustión.
Asumimos además que elN2 no reacciona (inerte). Sin embargo a altas temperaturas se forman compuestos
como el óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno (fuentes de contaminación).
3.2.4.4
Parámetros importantes
Cuantificación de cantidades de combustible y aire:
• Relación aire-combustible
= cociente entre la cantidad de aire en una reacción y la cantidad de combustible, en base molar o másica
conversión
m...