Combustion

01C22 01 COMBUSTION

COMBUSTION Y COMBUSTIBLES

Ricardo García San José.

Ingeniero Industrial.

(Noviembre 2.001)

TEORIA DE LA COMBUSTION Página 2

INDICE

1.- DEFINICION................................................................................................................ 3

2.- ESTEQUIOMETRIA DE LAS COMBUSTIONES....................................................... 4

2.1.- COMBUSTION COMPLETA.............................................................................. 4

2.2.- COMBUSTION INCOMPLETA.......................................................................... 4

2.3.- COMBUSTION ESTEQUIOMETRICA............................................................... 4

2.3.1.- PODER COMBURIVORO........................................................................ 5

2.3.2.- PODER FUMIGENO................................................................................ 5

2.3.3.- COEFICIENTE DE EXCESO DE AIRE................................................... 5

3.- PODERES CALORIFICOS........................................................................................... 7

3.1.- PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI)............................................................ 7

3.2.- PODER CALORIFICO SUPERIOR (PCS)........................................................... 7

4.- RENDIMIENTO DE LA COMBUSTION..................................................................... 8

5.- COMBUSTION Y CONTAMINACION AMBIENTAL................................................ 9

5.1.- CONTAMINACION DEBIDA AL CARBONO................................................... 9

5.2.- CONTAMINACION DEBIDA AL AZUFRE....................................................... 9

5.3.- CONTAMINACION DEBIDA AL NITROGENO............................................... 10

5.4.- LIMITES ADMISIBLES...................................................................................... 11

5.4.1.- LIMITES DE EMISION............................................................................ 11

5.4.2.- LIMITES DE INMISION.......................................................................... 11

6.- CLASIFICACION DE LOS COMBUSTIBLES............................................................ 12

7.- ANALIZADORES DE COMBUSTION........................................................................ 15

BIBLIOGRAFIA

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1.- DEFINICION

La combustión es un conjunto de reacciones de oxidación con desprendimiento de calor, que se

producen entre dos elementos: el COMBUSTIBLE, que puede ser un sólido (Carbón, Madera, etc.),

un líquido ( Gasóleo, Fuel-Oil, etc.) o un gas (Natural, Propano, etc.) y el COMBURENTE,

Oxígeno.

La combustión se distingue de otros procesos de oxidación lenta, por ser un proceso de oxidación

rápida y con presencia de llama; a su vez también se diferencia de otros procesos de oxidación muy

rápida (detonaciones, deflagraciones y explosiones) por obtenerse el mantenimiento de una llama

estable.

Para que la combustión tenga lugar han de coexistir tres factores:

- COMBUSTIBLE.

- COMBURENTE.

- ENERGIA DE ACTIVACION.

Estos tres factores se representan en el

denominado triángulo de combustión, en él

cual si falta alguno de los vértices la

combustión no puede llevarse a cabo.

El comburente universal es el oxígeno, por lo

que en la práctica se utiliza el aire como

comburente, ya que está compuesto,

prácticamente, por 21% Oxígeno (O2) y

79% Nitrógeno (N2); únicamente en casos especiales se utilizan atmósferas enriquecidas en oxígeno e

incluso oxígeno puro (por ejemplo en soldadura). La energía de activación es el elemento

desencadenante de la reacción de combustión; en los quemadores habitualmente suele obtenerse

mediante una chispa eléctrica entre dos electrodos, en las calderas individuales de gas se obtiene por

llama piloto, tren de chispas, etc.

La mayoría de los combustibles, al margen de que sean sólidos, líquidos o gaseosos, están

compuestos, básicamente, por Carbono (C) e Hidrógeno (H); además de estos componentes

principales tienen otros como Azufre (S), Humedad (H2O), Cenizas, etc.

En primer lugar se analiza la combustión desde el punto de vista de sus componentes

fundamentales (C, H); posteriormente se comentará la influencia de los restantes elementos. Las

reacciones de combustión son:

C + O2 CO2 + Calor (28,09 kWh/kgCO2)

2 H2 + O2 2 H2O + Calor (39,47 kWh/kgH2)

En la práctica los combustibles pueden definirse de la forma CxHy, dando lugar a las siguientes

reacciones:

CxHy + n O2 x CO2 + (y/2) H2O + Calor

Figura 1: Triángulo de la Combustión

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2.- ESTEQUIMETRIA DE LAS COMBUSTIONES

Las consideraciones siguientes se refieren al uso de aire como comburente, ya que es el utilizado en

la práctica totalidad de las instalaciones de calderas.

La estequiometría de la combustión se ocupa de las relaciones másicas y volumétricas entre

reactivos y productos. Los aspectos a determinar son principalmente:

- Aire necesario para la combustión

- Productos de la combustión y su composición

Para predecir estas cantidades es preciso referirse a un proceso ideal que dependa de unos pocos

parámetros, básicamente la naturaleza del combustible. Para definir este proceso ideal se consideran los

tipos de combustión que pueden darse:

2.1.- COMBUSTION COMPLETA

Conduce a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible. En el caso

de hidrocarburos:

Carbono CO2

Hidrogeno H2O

Azufre SO2

Nitrógeno N2

Oxigeno 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%).

2.2.- COMBUSTION INCOMPLETA

Los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que aparecen los denominados

inquemados, los mas importantes son CO y H2; otros posibles inquemados son carbono, restos de

combustible, etc.

2.3.- COMBUSTION ESTEQUIOMETRICA

Es la Combustión Completa realizada con la cantidad estricta de oxígeno; es decir, el aire

empleado en la combustión es el mínimo necesario para contener la cantidad de

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