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miércoles, 2 de febrero de 2011

Conceptos Básicos para Combustión

En muchas de la maquinas que encontramos en los distintos procesos industriales interviene el proceso de la combustión por esta razón seguimos tratando el tema en nuestro blog de Maquinas Industriales

Básicamente la combustión es el acto o proceso de quemar. En términos prácticos es una combinación rápida de oxígeno con un combustible, resultando en la liberación de calor.
Los combustibles más comunes consisten en Carbono e Hidrógeno con algunas pequeñas cantidades de Azufre y trazas de otros elementos que se encuentran presentes.
Para fines prácticos, la combustión involucra la oxidación de tres elementos: Carbón, Hidrógeno y Azufre.
Primordialmente tres reacciones químicas tienen lugar:

Carbono (C) + Oxigeno (O) --- Dióxido de Carbono (CO2) + Calor 
Hidrógeno (H) + Oxígeno (O) --- Vapor de Agua (H2O) + Calor
Azufre (S) + Oxígeno (O) --- Dióxido de Azufre (SO2) + Calor

Tipos de Combustión

La combustión obtenida por la reacción de proporciones exactas de combustible y oxígeno para obtener una completa conversión a dióxido de carbono, vapor de agua y dióxido de azufre (si se encuentra presente el azufre) es denominada una combustión perfecta o combustión ESTEQUIOMÉTRICA.

Si hay presente una mayor cantidad de oxígeno que la requerida para la combustión perfecta, el oxígeno en exceso en exceso de la cantidad necesaria no se usará.
Si hay menos cantidad de oxígeno que la requerida para una combustión perfecta, la reacción es denominada como SUB - ESTEQUIOMÉTRICA o COMBUSTIÓN INCOMPLETA.
Durante la combustión sub – estequiométrica, pueden formarse otros productos además de los mencionados anteriormente, estos productos pueden ser Monóxido de Carbono (CO), gas de Hidrógeno (H2) compuesto de hidrocarburos (CxHy), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Carbono. Estos componentes son contaminantes comunes y escapan a la atmósfera en los gases de combustión.

 

Aire

El oxígeno para la combustión normalmente proviene del aire, donde se encuentra en una proporción de un 21% del volumen total. La mayor parte del 79% remanentes es nitrógeno.
El nitrógeno es de menor importancia en la producción de calor puesto que solo un porcentaje muy pequeño forma parte de las reacciones químicas de la combustión. Sin embargo, tiene un aspecto significativo en la eficiencia de la caldera ya que parte del calor liberado por la reacción de combustión tiene que ser utilizado para calentar el nitrógeno a la misma temperatura de llama.
Se denomina AIRE TEÓRICO a la cantidad de aire necesario para una combustión perfecta; cualquier cantidad de aire que exceda al aire teórico se le conoce como exceso de aire.
El aire mesclado con el combustible en el quemador se denomina AIRE PRIMARIO.
El aire de la atmósfera que se difunde en la llama se le conoce como AIRE SECUNDARIO.
En la práctica una combustión bien realizada tiene en los humos un color transparente; una combustión con mucho exceso de aire tiene en los humos un color blanco y una combustión incompleta tiene en los humos un color negro.

 

Ignición

Usualmente la combustión se efectuará agregando color de una fuente exterior a la mezcla, hasta que el calor des la reacciones de la combustión sea mayor que la pérdida de calor al ambiente. La menor temperatura a que esto es posible se denomina la temperatura de ignición de la mescla Aire combustión.

Temperatura de Llama

La temperatura de llama es la temperatura más alta producida en la combustión. Teóricamente, la más alta temperatura de llama ocurre cuando aire y combustión son mesclados en proporciones estequiometrias exactas. Cualquier exceso de aire o combustible, únicamente servirá para absorber calor de la reacción de combustión.
- El Calor liberado de las reacciones de combustión:
  • Calienta los productos de combustión.
  • Calienta el combustible y el aire alimentados.
  • Proporciona calor para romper cualquier ligadura química en el combustible.
  • Irradia a sus alrededores.
La temperatura de llama es máxima cuando la pérdida de calor al ambiente es mínima. Las temperaturas reales de llama son siempre menores que las temperaturas teóricas de llama.
Los combustibles más comunes producirán temperaturas de llama en el rango de     1850 °C a 2100 °C (3360 °F a 3800 °F).

Reducción de la Combustión

La combustión puede ser controlada dosificando la cantidad de aire o combustible para ser quemado.
Existen tres formas para lograrla dosificación:
  1. Regulando solamente la proporción de entrada de aire.
  2. Regulando solamente la cantidad de combustible suministrado.
  3. Regulando simultáneamente ambos (mezcla Aire – Combustible)

Análisis del Gas de Combustión


El análisis del gas de combustión se usa para indicar la relación entre el aire de combustión y el grado de perfección de la combustión. Los componentes del gas usualmente medidos son: CO2, CO y O2. Los porcentajes de CO y CO2 pueden ser usados como indicadores de combustión perfecta. El porcentaje de O2 y CO2 son indicadores de la cantidad de aire de combustión en exceso. Con una buena mescla se obtiene un combustión perfecta, cuando el análisis de gas de escape no muestra CO o O2 y un valor máximo de CO2.
El máximo teórico de CO2 en gas de combustión seco, se le denomina valor final de CO2 y para una máxima eficiencia, la mescla combustible y aire deberá ajustarse hasta que se obtenga el valor máximo de CO2.
La siguiente tabla muestra las lecturas máximas de CO2 para cantidades variables de aire en exceso en la combustión de combustibles comunes. Una lectura baja de CO2 o alta de O2 indica la presencia de de demasiado aire en exceso.

   EFECTO DEL EXCESO DE AIRE EN CO2 EN PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN
                       
    Valore en % de Aire en exceso
Combustible
0
10
20
40
60
80
100
150
200
Gas Natura %CO2
12,0
10,7
9,8
8,3
7,2
6,3
5,7
4,5
3,7
Propano %CO2
14,0
12,6
11,5
9,8
8,5
7,5
6,7
5,3
4,4
Butano %CO2
14,3
12,9
11,7
10,0
8,6
7,6
6,8
5,4
4,5
Combustible Destilado %CO2 
15,2
13,8
12,6
10,7
9,3
8,2
7,4
5,9
4,9
Combustible Residual %CO2
15,6
14,1
12,9
11,0
9,6
8,5
7,6
6,1
5,0
Carbón Bituminoso %CO2
18,4
16,7
15,3
13,0
11,4
10,1
9,0
7,2
6,0
Carbón de Antracita %CO2
19,8
18
16,5
14,1
12,4
11,0
10,0
7,9
6,9
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