Combustibles y Turbinas

COMBUSTIBLES:

Definición: Combustible es toda sustancia que puede quemarse, produciendo calor.

Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos y gases, ya sea en su estado natural o en forma preparada. Dentro de los combustibles sólidos se encuentran los carbones, lignitos, coques, madera y residuos combustibles, subproductos de algún proceso de fabricación. Los combustibles líquidos contienen al petróleo y sus destilados y a los no derivados del petróleo. Dentro de los gases tenemos a los naturales, que salen de la tierra y a los fabricados, que son productos obtenidos del carbón, principalmente. Los elementos básicos de un combustible son carbono e hidrógeno.

COMBUSTIBLES SÓLIDOS

En proceso de combustión en estos combustibles difiere de los casos anteriores le da buena o mala combustión, va a diferir de la facilidad del acceso del aires a las partículas de combustibles y en este caso desempeña un factor importante que es la distribución solido sobre la superficie de combustión y esta podemos distinguir 4 fases:

1. Secado del combustible al comenzar a recibir calor el combustible se seca evaporando la humedad que posee que se convierte en vapor de agua, durante esta etapa el combustible desprende humo  blanco.
2. La destilación que comienza cuando ha terminado el secado y el combustible se descompone en hidrocarburos más simples comenzando a quemar los más volátiles, es decir lo que requiere menor temperatura de inflación. Durante esta etapa los humos son oscuros.
3. Al aumentar la temperatura debido a la combustión a la combustión de los primeros hidrocarburos se alcanzan las condiciones necesarias para que se inflamen los hidrocarburos menos volátiles quemándose prácticamente todos los elementos activos del combustible, durante este periodo arde con llama larga y se extiende carbono libre, y con llama corta y poco brillante en caso contrario.
4. Quemadas todas las sustancias volátiles las llamas se apagan quedando residuos sólidos constituidos principalmente por carbono el cual se ha calentado en etapas anteriores hasta adquirir la temperatura necesaria para entrar en ignición. Este carbono comienza a quemarse totalmente si existe el suficiente oxígeno.  

Entre los combustibles sólidos podemos dividir entre naturales: Maderas, carbones fósiles (que son antracita, hulla, lignito y turba), residuos orgánicos.

Entre los artificiales está el coque que se produce a partir de la destilación de la hulla, el carbón vegetal de la leña, carbones prensados.

COMBUSTIBLES LIQUIDOS

• Naturales: básicamente petróleo.
• Artificiales: derivados del petróleo como la nafta, querosén gasoil, diseloi fueloil.
• Derivados del carbono: alquitrán de bolla, alquitrán de lignito y al alcoholes.

COMBUSTIBLES GASEOSOS

• Naturales: gas de fosas o de petrolera.
• Artificiales: acetileno, gas de aire, gas de agua y de alto horno.

Derivados del petróleo:

• Gases condensados: hidrógenos.
• Gases No condensados: Súper gas n°1, 1100 kcal/m3, Súper gas n°2, 9000 kcal/m3, súper gas n°3 8000 kcal/m3
• Gases por hidrocarburos No saturados: para productos antidetonantes, para nafta de aviación, butadieno (utilizado en caucho sintético), alcoholes y cetonas con solventes y materias plásticas, sintético para pintura.

Destilados livianos, éter de petróleo, hectano para explosivos, nafta, aeronafta, solventes.

Destilados intermedios, querosén, querosén absorbente (para absorción de gases)

Derivados medianos, gasoil y diseloi.

La teoría de la combustión de Stahl establecía que cuanto más flogisto tenía una sustancia más combustible era. Así, por ejemplo, un papel arde porque contiene flogisto, sin embargo sus cenizas desprovistas de dicha sustancia no pueden arder. En este esquema la combustión de una sustancia suponía la perdida de flogisto que se transfería al aire. Cuanto más flogisto tuviese una sustancia mejor ardía.

Tipos de combustión:

Se pueden distinguir tres tipos de combustión:

• Combustión completa o perfecta: Cuando las reacciones indicadas están desplazadas totalmente a la derecha, es decir, los componentes se oxidan completamente, formando dióxido de carbono (CO2), agua líquida (H2O) y en su caso, dióxido de azufre (SO2), independientemente de la cantidad de aire empleada en la reacción. Esto implica que el oxígeno presente en el aire, ha sido cuando menos, suficiente para oxidar completamente los componentes.
• Combustión estequiométrica o neutra: es una combustión completa en la que se ha empleado la cantidad exacta de aire obtenida a partir de las relaciones cuantitativas de las moléculas que intervienen en cada reacción. En realidad se trata de una combustión ideal, que solo puede conseguirse en laboratorio.
• Combustión incompleta: Es aquella cuyos gases de combustión contienen compuestos parcialmente oxidados llamados inquemados, como: monóxido de carbono (CO), partículas de carbono, hidrógeno, etc.

Combustión del Metano:

En la combustión una sustancia química reacciona rápidamente con oxígeno produciendo calor y luz. Los productos típicos de una reacción de combustión son CO2, H2O, N2 y óxidos de cualquier otro elemento presente en la muestra original.

Un ejemplo típico de combustión es la oxidación del metano según el proceso

[pic 1]

Las reacciones de combustión a menudo transcurren mediante la formación de radicales libres, moléculas o iones electrónicamente excitados que emiten fluorescencia dando color a la llama, o también formando pequeñas partículas de sólido (ejem. carbón) cuya incandescencia puede observarse.

Número de Cetano: El Número de octano, a veces denominado octanaje, es una escala que mide la capacidad antidetonante del carburante (como la gasolina) cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.

Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por desarrollo de arco voltaico entre los electrodos de las bujías y que siguen un ciclo termodinámico en el que su comportamiento se asemeja al descrito por el Ciclo Otto.

En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación.

Índice de octano en motores de explosión

Si un combustible no posee el índice de octano suficiente en motores con elevadas relación de compresión (están comprendidas entre 8,5 y 10,5), se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías. A este fenómeno también se le conoce entre los mecánicos como picado de bielas, pistoneo o cascabeleo.

Aunque comercialmente suele hablarse de un sólo Número de Octano, las especificaciones técnicas de los distintos países incluyen dos valores, que miden el comportamiento de la gasolina para dos situaciones diferentes:

• R.O.N. Research Octane Number - Es el que suele figurar en las estaciones de servicio. Representa, de manera aproximada, el comportamiento en ciudad: Bajo régimen con numerosas aceleraciones

• M.O.N.Motor Octane Number - Octanaje probado en un motor estático. Intenta reproducir la situación en carretera, alto régimen y conducción regular

Así, por ejemplo, a la denominada "Gasolina Eurosuper 95" se le exige:

• R.O.N. > 95

• M.O.N. > 85

Ambos se miden en el mismo motor de prueba, pero a diferentes variables de ensayo, para simular los dos supuestos.

Número de Octano: Es la diferencia de tiempo entre la inyección del diésel y el comienzo de la combustión, tiene una relación directa con el número de cetano del combustible. Mientras mayor sea el número de cetano, menor será el intervalo de encendido.

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