proceso de combustion

INGENIERÍA EN ENERGÍA – UNS

TERMODINÁMICA II

9. PROCESO DE COMBUSTIÓN

La gran mayoría de los procesos de generación de energía, implica la utilización de
algunas fuentes de energía, las cuales al combustionarse producen reacciones químicas
como es el caso de los hidrocarburos.
Todo proceso de combustión implica necesariamente un cambio en la composición de las
sustancias que intervienen enestos procesos por cuanto se tratan de reacciones químicas.
Por lo que debemos ampliar las aplicaciones de las leyes de la termodinámica a estos
procesos con reacciones químicas.
9.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
La combustión es el proceso térmico de mayor interés práctico por su escala de
utilización mundial, siendo a la vez muy fácil de realizar y muy difícil de estudiar. En este
capítulo sedescriben los elementos fundamentales del proceso de combustión
(combustibles, comburentes y productos de combustión), se estudia el balance de
materia de las reacciones químicas de combustión (estequiometría) y el balance de
energía y entropía en combustiones en régimen estacionario y a volumen constante.
El proceso de combustión se define como la reacción química exotérmica auto
mantenida, que implicala oxidación de los componentes de los combustibles, los cuales
tienen la capacidad de ser oxidados, lo que nos permite poder expresar este proceso a
través de una ecuación química o ecuación de reacción.
Sus aplicaciones se pueden resumir en:
• Calefacción de habitáculos (hogueras, estufas, calderas),
• Producción de electricidad (centrales térmicas),
• Propulsión (motores alternativos, turbinasde vapor, turbinas de gas),
• Procesamiento de materiales (reducción de óxidos, fundición, cocción, secado),
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• Eliminación de residuos (incineración de basura),
• Producción de frío (frigoríficos de absorción),
• Control de incendios (barreras cortafuegos, materiales ignífugos),
• Iluminación (hasta finales del siglo XIXera el único método de luz artificial).
El proceso de combustión es el más importante en ingeniería porque todavía hoy,
aunque tiende a disminuir (96 % en 1975, 90 % en 1985, 80% en 1995), la mayor
parte de la producción mundial de energía se hace por combustión de petróleo,
carbón y gas

natural (combustibles fósiles). Además, no sólo es importante

estudiar la combustión

controlada de losrecursos primarios usados

en la

producción de trabajo y calor, sino que también es preciso estudiar los procesos de
combustión incontrolada (fuegos) para tratar de prevenirlos y luchar contra ellos;
además, cada vez es más importante analizar

la combustión controlada de

materiales de desecho (incineración), con el fin de minimizar la contaminación
ambiental.
La combustión (quemar algo) es un procesotan fácil de realizar porque genera
mucha entropía y por tanto su viabilidad (tendencia a reaccionar) es muy alta;
mucha energía ordenada en los enlaces químicos pasa bruscamente a energía
térmica (desordenada) de las partículas producidas. De hecho, el mundo que nos
rodea está integrado por mezclas reactivas (p.ej. el mobiliario o la vestimenta y el
oxígeno del aire ambiente) en equilibrio metaestable, y a veces basta con forzar
localmente la reacción (chispa) para que se auto propague, normalmente formando
un frente luminoso (llama). Sin embargo, el proceso de combustión es difícil de
analizar por los siguientes motivos:
• Es un proceso multidisciplinario (termoquímico - fluido dinámico) fuertemente
acoplado,
• Los procesos de transporte de especies y calor (fenómenos de no equilibrio)son
dominantes,
• La fuerte exotermicidad da lugar a altas temperaturas, enormes gradientes
(llama), e importantes fuerzas de flotabilidad por dilatación diferencial,
• Las enormes gradientes espaciales y los cortos tiempos de residencia en ellos
provocan estados de no equilibrio local (quimiluminiscencia, ionización).
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