Ingeniería Ambiental TERMODINÁMICA

[pic 1]

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

Ingeniería Ambiental TERMODINÁMICA

Integrantes:

• Joseph Ochoa

• Juan Diego Merchán

• Letty Díaz

• Verónica Saldaña Tema: Combustión

Que es la combustión

Denominamos a un proceso de combustión a aquella reacción química exotérmica (genera calor), relativamente rápida y la cual se va desarrollando en fases gaseosas o heterogéneas (líquido-gas o sólido-gas), como una manera controlada (al igual que en los motores de combustión interna), o de una manera descontrolada (en explosiones). En la teoría clásica se entiende a la combustión como un proceso el cual se da una oxidación rápida de combustibles, los cuales están formados por hidrógeno, carbono y a veces azufre, estos tienen lugar en presencia de oxígeno y liberan cantidades exuberantes de energía térmica.

Un ejemplo de esto es cuando quemamos una hoja de papel, el aporte de energía de este lo proporciona la flama (llama); esta reacción se debe principalmente a la presencia de aire, el cual contiene oxígeno, Cuando se producen estas reacciones químicas con el combustible, aquí el papel (el que arde) y la comburente, oxígeno (el que ocasiona que arda) se obtiene un producto de esta reacción química, el cual es C02, H20 y cenizas, los cuales son residuos minerales del papel.

Temperatura de combustión adiabática

En termodinámica designamos como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se denomina proceso isotérmico.

El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar que se consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa. El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

Gráfico de un proceso adiabático en función de p y V.

[pic 2]

Combustión Estequiométrica o neutra.

Esta combustión tiene lugar cuando el oxígeno proporcionado a los reactivos que participan en la combustión se aporta de manera justa, y de esta manera se transforman en productos de la reacción. Pues como su nombre lo indica esta combustión estequiométrica se tienen que consumir todos los compuestos participantes, que se transforman en gases de la combustión y en un menor porcentaje los residuos.

La combustión estequiométrica trae muchos beneficios, como saber la cantidad adecuada de reactivos a usar, otra de las ventajas es que al ser una reacción exacta es mucho más eficiente y se consigue una mayor aprovechamiento de los elementos que lo conforman.

Sin embargo apostar por una reacción estequiométrica es más arriesgado, ya que conduce fácilmente a una combustión incompleta.

Combustión completa

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación, es decir conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible, para esto es necesario que intervengan las cantidades necesarias de comburente y de aire seco. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción.

En el caso de hidrocarburos:

Carbono → 𝐶𝑂₂ Hidrógeno → 𝐻₂𝑂 Azufre → 𝑆𝑂₂ Nitrógeno → 𝑁₂

Oxígeno →Participará como oxidante

El Nitrógeno se considera como masa inerte, si bien a las altas temperaturas de los humos pueden formarse óxidos de nitrógeno en pequeñas proporciones (del orden de 0,01%).

Las características de la combustión completa son:

• Abundante oxígeno.
• Humo con coloración blanco.
• Sin presencia de residuos.
• Llama de color azul.
• Produce 𝐶𝑂₂ y 𝐻₂𝑂.

Combustión incompleta

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

Los componentes del combustible no se oxidan en su totalidad por lo que aparecen los denominados inquemados, normalmente esto suele producirse por falta de comburente, los inquemados más importantes son CO y H2 ; otros posibles inquemados son carbono, restos de combustible, etc.

Las características de la combustión completa son:

• Escasez de oxígeno.
• Humo con coloración negro.
• Presencia de residuo llamado hollín.
• Llama de color amarillo.
• Entre los productos encontramos 𝐻₂, 𝐶, 𝐶𝑂, 𝐶𝑂₂ 𝑦 𝐻₂𝑂.

A la cantidad de calor que se obtiene por la oxidación completa, a presión atmosférica, de los componentes de la unidad de masa o volumen del comburente se la denomina poder calorífico.

Durante la combustión, parte del hidrógeno (H) oxidado se transforma en agua (H2O). Podemos enumerar dos clases de poderes caloríficos:

• Poder calorífico inferior: Se le considera al calor generado por unidad de combustible cuando en los humos de combustión está presente el agua en forma de vapor. Una porción perteneciente a este calor se utiliza para evaporar el agua, por lo que no es aprovechada por la caldera.
• Poder calorífico superior: Se le considera al calor generado por unidad de combustible cuando el agua en forma de vapor se condensa y se transforma en líquido.

Industrias relevantes del proceso de combustión

El proceso de combustión es el más importante en ingeniería porque todavía hoy, aunque tiende a disminuir (96% en 1975, 90% en 1985 y 40% en 1995), la mayor parte de la producción mundial de energía se hace por combustión de petróleo, carbón y gas natural. Y no ~610 es importante el estudio de la combustión controlada de los recursos 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 va siendo más

...